EP2304189A2 - Laufschaufel und strömungsmaschine mit laufschaufel - Google Patents

Laufschaufel und strömungsmaschine mit laufschaufel

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EP2304189A2
EP2304189A2 EP09771998A EP09771998A EP2304189A2 EP 2304189 A2 EP2304189 A2 EP 2304189A2 EP 09771998 A EP09771998 A EP 09771998A EP 09771998 A EP09771998 A EP 09771998A EP 2304189 A2 EP2304189 A2 EP 2304189A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
range
radially outer
radially
lobes
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Application number
EP09771998A
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English (en)
French (fr)
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EP2304189B1 (de
Inventor
Günter Neumann
Jörg GATZKE
Ulrich Harbecke
Marc Andre Schwarz
Eduard GÖTZFRIED
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.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Diesel and Turbo SE
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.)
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Publication date
Application filed by MAN Diesel and Turbo SE filed Critical MAN Diesel and Turbo SE
Publication of EP2304189A2 publication Critical patent/EP2304189A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2304189B1 publication Critical patent/EP2304189B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • 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
    • F01D5/3053—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by means of pins
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the present invention relates to a blade for a turbomachine, in particular a steam turbine, with a plug foot having a plurality of lobes having radially outer first sections and radially inner second sections whose axial extent is less than that of the outer sections, and a turbomachine, in particular a steam turbine, with such blades.
  • Object of the present invention is to improve the attachment of blades of turbomachines by means of plug-in foot.
  • a blade according to the preamble of claim 1 is further developed by its characterizing features.
  • Claim 10 represents a turbomachine with one or more such blades. protection.
  • the subclaims relate to advantageous developments of the present invention.
  • the plug-in foot of a rotor blade according to the invention has a first lobe and two second lobes arranged in the axial direction on both sides of this first lobe.
  • the plug-in foot can in particular be formed in three-lobed form, the first tab then forming a central tab and the two second tabs forming edge tabs. However, it can also be provided on one or both axial sides of a first or second flap further tabs, which are then preferably formed in their essential geometric dimensions as the first or a second lobe.
  • the mutually facing axial sides of the first and second lobes have a shoulder which extends in the axial direction in such a way that the lobes have a radially outer first section and a radially inner second section connected thereto via the shoulder whose extension is in the axial direction Direction is less than that of the first, outer section.
  • the mutually remote axial sides of the second lobes preferably have no shoulder, but form continuous, preferably flat axial end faces.
  • the central tab therefore has a shoulder on both its axial sides, the two edge tabs only on their inner axial sides facing the central tab.
  • the present invention is based on the finding that by suitable choice of the radial heights of the first and second sections in relation to an overall axial width of the plug-in foot, the forces that such a plug foot can absorb can be significantly increased.
  • the distance between the axially outer end faces of the two second lobes is referred to as the overall axial width. If these two axial end faces are not parallel, the axial overall width can be based, in particular, on a minimum, maximum or average distance in the axial direction.
  • the directions "axial”, “radial” and “circumferential direction” refer in the present case to the directional information for rotors in turbomachines when the blade according to the invention is attached to such a rotor.
  • the ratio of the radial height of the first, radially outer portion is in the range between 0.39 and 0.45, preferably between 0.40 and 0.44, while the ratio of the radial height of the second, radially inner portion to the total axial width between 0.40 and 0.46, preferably between 0.41 and 0.45.
  • the radial height of a first, radially outer portion is in particular the radial extent between the shoulder and a web referred to, which connects a first and a second flap in the axial direction with each other.
  • the radial height of a second, radially inner portion is referred to in particular as the radial extent between the shoulder and a radially inner end face of the tab.
  • a ratio of a total radial height of the lobes to the total axial width is in the range between 0.88 and 0.94, preferably between 0.89 and 0.93.
  • the total radial height is in particular the sum of the above-defined radial heights of the first and second sections plus a radial height of the heel.
  • This shoulder may be a purely radial step, so that the axial extent of a flap between the first and second area changes abruptly or in a very short radial section, i. e. the shoulder has a radial height substantially equal to zero.
  • the total radial height may correspond to the sum of the radial heights of the first and second sections.
  • the shoulder can also have a slope so that the axial width of the flap tapers linearly between the first and second sections. Other, in particular convex or concave curved paragraphs are possible.
  • a preferred ratio results for a shoulder from radial height to overall axial width in the range between 0.00 and 0.14, preferably between 0.00 and 0.12.
  • the first, radially outer or second radially inner section of a first lobe preferably has a ratio in the range between 0.21 and 0.27, preferably between 0.22 and 0.26 or between, based on the overall axial width 0.11 and 0.17, preferably between 0.12 and 0.16.
  • the axial extensions of the first or second section of a second lobe are preferably in the ratio of 0.16 to 0.22, preferably between 0.17 and 0.21 or in a ratio between 0.11 and 0 for the total axial width, 17, preferably between 0.12 and 0.16.
  • the two axial sides of a tab are formed parallel to each other. If this is not the case, the axial extension can be based, in particular, on a minimum, maximum or average distance between the two axial sides.
  • the first and the second tabs preferably have one, preferably two or more radially spaced bores which are aligned with each other, so that in each case one, preferably conical, bolt can be driven into it , To avoid manufacturing and assembly tolerances, these bores can also be drilled and / or rubbed after the plug feet have been inserted into the groove arrangements.
  • the position of the bolt is chosen such that the centrifugal force in an upper crack cross section of the Bolzenebene causes little or no bending loads.
  • the midpoint of a radially outer bore has a radial distance from the radially outer end of the first portion, for example, the radially inner end of a first and second lobe connecting web, the ratio in the range of 0.24 and 0 with the total axial width , 30, preferably between 0.25 and 0.29, while the center of a radially inner bore has a corresponding ratio in the range between 0.60 and 0.66, preferably between 0.61 and 0.65.
  • first and second flaps are preferably connected to each other via a radially outer web in which the first portions of the flaps terminate radially.
  • First tab, second tab and / or web can thereby integrally formed, in particular ur- and / or non-cutting or machined formed, or formed in several pieces and connected to each other, for example, welded, be.
  • the radially outer web preferably has a radial height whose ratio to the total axial width is in the range between 0.12 and 0.18, preferably between 0.13 and 0.17.
  • an axial front face of a second flap is arranged parallel to the radial plane of the holes, so that the axial axial end face of the plug foot is correspondingly rotated by one blade pitch.
  • the web on which the blade profile is arranged on the side opposite the plug-in foot preferably lies in a plane which is essentially perpendicular to this radial plane through the bores.
  • a radially inner and / or outer end face of the web substantially perpendicular to the radial plane of the bores, i. e. be formed in the radial direction through the two centers of the holes extending plane.
  • a turbomachine according to the present invention has for securing each blade according to the invention a corresponding groove arrangement with a first groove for receiving the first lobe and two second grooves for receiving the second lobe, which are separated from the first groove by a respective web.
  • the grooves are formed substantially complementary to the flap to be picked up by them, so that in this regard reference is made to the above statements.
  • the axial total width between opposite axial sides of the two second grooves preferably corresponds substantially to the overall axial width between axial sides of the two second lobes facing away from one another.
  • radial heights or axial extensions can, as explained above to the lobes, accordingly maximum, minimum or average distances in the radial or axial direction between parallel or non-parallel surfaces are used.
  • the ratio of the radial height of the first, radially outer web portion or a first, radially outer groove portion to the total axial width is preferably in a range between 0.40 and 0.46, preferably between 0.41 and 0.45, while the corresponding ratio of the radial height of the second, radially inner web portion or a corresponding radially inner groove portion to the overall axial width preferably between 0.44 and 0.50, preferably between 0.45 and 0.49.
  • Fig. 1 a blade according to an embodiment of the present invention in a perspective overall view
  • FIG. 2 shows the plug-in foot of the moving blade according to FIG. 1 in a plan view in the circumferential direction
  • FIG. 3 shows a groove arrangement for receiving the plug-in foot according to FIG. 2 in FIG.
  • FIG. 4 the plug-in foot according to FIG. 2 taken up in the groove arrangement according to FIG. 3;
  • FIG. and Fig. 5 the plug-in foot of Fig. 4 in plan view in the axial direction.
  • Fig. 1 shows a blade 1 with a trilobal plug foot 2 according to an embodiment of the present invention in a perspective view.
  • FIG. 2 which shows a plan view of the plug-in foot 2 in the circumferential direction of a rotor of a steam turbine (not shown) into which the plug-in foot 2 can be inserted in the radial direction from the outside
  • the trilobal plug-in foot has a first central tab 3 and two in the axial direction a on both sides of this central lobe 3 arranged second edge tabs 4 on.
  • the mutually facing inner axial sides 3.i of the central lobe 3 and 4.i of the edge tabs 4 each have an oblique shoulder 5, while the axially outer end faces of the two edge tabs are planar and parallel to each other.
  • a first section 3.1 with an axial extent b F2 and the two edge tabs 4 each have a first section 4.1 with an axial extent b F i on.
  • These first sections have, as measured from the radially inner end face (bottom in Fig. 2) of the web 7 to paragraph 5, ie up to the point at which the axial extent decreases, a radial height h F i.
  • the web 7 has between the radially outer end of the tabs 3, 4 and an opposite radially outer end face on a radial height hp.
  • Central and peripheral tabs 3, 4 each have one, separated by the paragraph 5 from the first section, second section 3.2 and 4.2, an axial extent O F3 and a radial height Iv 2 between a radially inner end face of the tabs and Approach 5, ie the area in which the axial extent changes.
  • the groove arrangement shown in Fig. 3 is formed with a central groove 30 for receiving the central lobe 3 and two edge grooves 40 for receiving the edge tabs 4 in the rotor of the steam turbine.
  • the tabs 3, 4 and the grooves 30, 40 are formed substantially complementary to one another.
  • the grooves 30, 40 have rounded chamfers in their radially inner groove bottom, while the webs 40 have oblique chamfers on their radially outer end faces.
  • the plug-in foot 2 is fastened by two conical bolts (not shown) taken in the axial direction.
  • two, in Fig. 1, 5 recognizable holes 6.1, 6.2 are provided, which pass through the tabs 3, 4.

Landscapes

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

Abstract

Bei einer Laufschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine, mit einem Steckfuß (2) mit einem ersten Lappen (3) und zwei zweiten Lappen (4), die in axialer Richtung (a) beidseitig des ersten Lappens angeordnet sind, wobei der erste und die zweiten Lappen auf einander zugewandten Axialseiten (3.i, 4.i) einen Absatz (5) in axialer Richtung derart aufweisen, dass die Lappen einen radial außenliegenden ersten Abschnitt (3.1, 4.1 ) und einen radial innenliegenden zweiten Abschnitt (3.2, 4.2) aufweisen, dessen axiale Erstreckung (bF3) geringer ist als diejenige (bF1, bF2) des außenliegenden ersten Abschnittes liegt, bezogen auf einen axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), die radiale Höhe (hF1 / b) des ersten, radial außenliegenden Abschnittes im Bereich zwischen 0,39 und 0,45, insbesondere zwischen 0,40 und 0,44, und die radiale Höhe (hF2 / b) des zweiten, radial innenliegenden Abschnittes im Bereich zwischen 0,40 und 0,46, insbesondere zwischen 0,41 und 0,45.

Description

Laufschaufel und Strömungsmaschine mit Laufschaufel Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine, mit einem Steckfuß mit mehreren Lappen, die radial außenliegende erste Abschnitte und radial innenliegende zweite Abschnitte aufweisen, deren axiale Erstreckung geringer als diejenige der außenliegenden Abschnitte sind, sowie eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbi- ne, mit solchen Laufschaufeln.
Neben fest mit dem Rotor der Strömungsmaschine verbundenen, beispielsweise verschweißten Laufschaufeln sind heute insbesondere bei Dampfturbinen Laufschaufeln mit Tannenbaumfüßen und Steckfüßen gebräuchlich. So zeigt Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, in seiner 20. Auflage auf Seite R 67 eine Laufschaufel für eine Dampfturbine mit einem dreilappigen Steckfuß, wobei die einzelnen Lappen auf ihren beiden Axialseiten einen Absatz derart aufweisen, dass die Lappen einen radial außenliegenden ersten Abschnitt und einen radial innenliegenden zweiten Abschnitt aufweisen, dessen axiale Streckung geringer ist als diejenige des außen liegenden ersten Abschnittes. Solche Steckfüße müssen im Betrieb hohe Beanspruchungen ertragen. Zum einen treten, insbesondere bei höheren Rotordrehzahlen, große Fliehkräfte auf, die in radialer Richtung wirken. Zusätzlich übt das die Laufschaufeln umströmende und durch diese umgelenkte Medium, beispielsweise der Arbeit leistende Dampf, der in einer Dampfturbine entspannt wird, Kräfte in axialer und Umfangsrichtung auf die Laufschaufeln aus, die in den Steckfüßen abgestützt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Befestigung von Laufschaufeln von Strömungsmaschinen mittels Steckfuß zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Laufschaufel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale weitergebildet. Anspruch 10 stellt eine Strömungsmaschine mit einer oder mehreren solchen Laufschaufeln un- ter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Der Steckfuß einer erfindungsgemäßen Laufschaufel weist einen ersten Lappen und zwei in axialer Richtung beidseits dieses ersten Lappens angeordnete zweite Lappen auf. Der Steckfuß kann insbesondere dreilappig ausgebildet sein, wobei der erste Lappen dann einen Zentrallappen und die beiden zweiten Lappen Randlappen bilden. Es können jedoch auch auf einer oder beiden axialen Seiten eines ersten oder zweiten Lappens weitere Lappen vorgesehen sein, die dann bevorzugt in ihren wesentlichen geometrischen Abmessungen wie der erste oder ein zweiter Lappen ausgebildet sind.
Die einander zugewandten Axialseiten des ersten und der zweiten Lappen weisen erfindungsgemäß einen Absatz auf, der sich in axialer Richtung derart erstreckt, dass die Lappen einen radial äußeren ersten Abschnitt und einen mit diesem über den Absatz verbundenen radial inneren zweiten Abschnitt aufweisen, dessen Erstreckung in axialer Richtung geringer ist als diejenige des ersten, äußeren Abschnittes. Die voneinander abgewandten Axialseiten der zweiten Lappen weisen vorzugsweise keinen Absatz auf, sondern bilden durchgehende, bevorzugt ebene axiale Stirnflächen. Bei einem dreilappigen Steckfuß weißt somit der Zentrallappen auf seinen beiden Axialseiten einen Absatz auf, die beiden Randlappen nur auf ihren inneren, dem Zentrallappen zugewandten Axialseiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch geeignete Wahl der radialen Höhen des ersten und zweiten Abschnittes in Relation zu einer axialen Gesamtbreite des Steckfußes die Kräfte, die ein solcher Steckfuß aufnehmen kann, deutlich erhöht werden können. Als axiale Gesamtbreite wird vorliegend der Abstand der axial außenliegenden Stirnflächen der beiden zweiten Lappen bezeichnet. Sind diese beiden axialen Stirnflächen nicht parallel, so kann als axiale Gesamtbreite insbesondere ein minimaler, maximaler oder mittlerer Abstand in axialer Richtung zugrunde gelegt werden. Die Richtungsangaben „axial", „radial" bzw. „in Umfangsrichtung" bezie- hen sich vorliegend auf die Richtungsangaben für Rotoren in Strömungsmaschinen, wenn die erfindungsgemäße Laufschaufel an einem solchen Rotor befestigt ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis der radialen Höhe des ersten, radial äußeren Abschnittes im Bereich zwischen 0,39 und 0,45, bevorzugt zwischen 0,40 und 0,44 liegt, während das Verhältnis der radialen Höhe des zweiten, radial inneren Abschnittes zur axialen Gesamtbreite zwischen 0,40 und 0,46, bevorzugt zwischen 0,41 und 0,45 liegt. Als radiale Höhe eines ersten, radial äußeren Abschnittes wird dabei insbesondere die radiale Erstreckung zwischen dem Absatz und einem Steg bezeichnet, welcher einen ersten und einen zweiten Lappen in axialer Richtung miteinander verbindet. Dementsprechend wird als radiale Höhe eines zweiten, radial inneren Abschnittes insbesondere die radiale Erstre- ckung zwischen dem Absatz und einer radial inneren Stirnseite des Lappens bezeichnet. Variiert dabei eine radiale Erstreckung in axialer Richtung, da beispielsweise eine radiale Stirnseite, der Absatz und/oder ein zwei benachbarte Lappen verbindender Steg sich in axialer Richtung nicht parallel zur axialen Richtung erstreckt, kann als radiale Höhe insbesondere eine minimale, maximale oder mittlere radiale Erstreckung zugrunde gelegt werden.
Bevorzugt liegt ein Verhältnis einer radialen Gesamthöhe der Lappen zur axialen Gesamtbreite im Bereich zwischen 0,88 und 0,94, vorzugsweise zwischen 0,89 und 0,93. Als radiale Gesamthöhe wird insbesondere die Summe der vorstehend definierten radialen Höhen des ersten und zweiten Abschnittes zuzüglich einer ra- dialen Höhe des Absatzes bezeichnet. Dieser Absatz kann ein rein radialer Absatz sein, so dass sich die axiale Erstreckung eines Lappens zwischen erstem und zweitem Bereich sprunghaft oder in einem sehr kurzen radialen Abschnitt ändert, i. e. der Absatz eine radiale Höhe aufweist, die im Wesentlichen gleich Null ist. In diesem Fall kann die radiale Gesamthöhe der Summe der radialen Höhen des ers- ten und zweiten Abschnittes entsprechen. Der Absatz kann jedoch auch eine Schräge aufweisen, so dass sich die axiale Breite des Lappens zwischen erstem und zweitem Abschnitt linear verjüngt. Auch andere, insbesondere konvex oder konkav gekrümmte Absätze sind möglich.
Entsprechend der vorstehend genannten bevorzugten Bereiche der radialen Hö- hen des ersten und zweiten Abschnittes und der radialen Gesamthöhe bezogen auf die axiale Gesamtbreite ergibt sich für einen Absatz ein bevorzugtes Verhältnis von radialer Höhe zu axialer Gesamtbreite im Bereich zwischen 0,00 und 0,14, bevorzugt zwischen 0,00 und 0,12.
Der erste, radial äußere bzw. zweite radial innere Abschnitt eines ersten Lappens weist, bezogen auf die axiale Gesamtbreite, vorzugsweise ein Verhältnis im Be- reich zwischen 0,21 bis 0,27, vorzugsweise zwischen 0,22 und 0,26 bzw. zwischen 0,11 und 0,17, vorzugsweise zwischen 0,12 und 0,16 auf. Die axialen Erstreckungen des ersten bzw. zweiten Abschnitts eines zweiten Lappens stehen zur axialen Gesamtbreite bevorzugt in einem Verhältnis von 0,16 bis 0,22, vorzugsweise zwischen 0,17 und 0,21 bzw. in einem Verhältnis zwischen 0,11 und 0,17, vorzugsweise zwischen 0,12 und 0,16.
Bevorzugt sind die beiden Axialseiten eines Lappens parallel zueinander ausgebildet. Ist dies nicht der Fall, so kann als axiale Erstreckung insbesondere ein minimaler, maximaler oder mittlerer Abstand zwischen den beiden Axialseiten zugrunde gelegt werden. Zur Befestigung des Steckfußes in einer hierzu vorgesehenen Nutanordnung des Rotors der Strömungsmaschine weisen der erste und die zweiten Lappen bevorzugt eine, vorzugsweise zwei oder mehr radial beabstandete Bohrungen auf, die miteinander fluchten, so dass jeweils ein, vorzugsweise konischer, Bolzen in diese eingeschlagen werden kann. Zur Vermeidung von Herstellungs- und Montagetole- ranzen können diese Bohrungen auch nach dem Einstecken der Steckfüße in die Nutanordnungen gebohrt und/oder gerieben werden.
Bevorzugt ist die Lage der Bolzen derart gewählt, dass die Fliehkraftbelastung in einem oberen Rissquerschnitt der Bolzenebene nur geringe oder keine Biegebelastungen hervorruft. Vorzugsweise weist der Mittelpunkt einer radial äußeren Bohrung einen radialen Abstand von dem radial äußeren Ende des ersten Abschnittes, beispielsweise der radial inneren Stirnseite eines einen ersten und zweiten Lappen verbindenden Steges auf, der mit der axialen Gesamtbreite ein Verhältnis im Bereich von 0,24 und 0,30, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,29 aufweist, während der Mittelpunkt einer radial inneren Bohrung ein entsprechendes Verhältnis im Bereich zwischen 0,60 und 0,66, vorzugsweise zwischen 0,61 und 0,65 aufweist. Wie vorstehend erläutert, sind der erste und die zweiten Lappen bevorzugt miteinander über einen radial außenliegenden Steg verbunden, in dem die ersten Abschnitte der Lappen radial enden. Erster Lappen, zweite Lappen und/oder Steg können dabei integral miteinander ausgebildet, insbesondere ur- und/oder spanlos oder spanabhebend umgeformt, oder mehrstückig ausgebildet und miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, sein. Der radial außenliegende Steg weist bevorzugt eine radiale Höhe auf, deren Verhältnis zur axialen Gesamtbreite im Bereich zwischen 0,12 und 0,18, vorzugsweise zwischen 0,13 und 0,17 liegt.
Bevorzugt ist eine bei montierter Laufschaufel in Drehrichtung des Rotors vordere axiale Stirnfläche eines zweiten Lappens parallel zur Radialebene der Bohrungen angeordnet, so dass die in Drehrichtung hintere axiale Stirnfläche des Steckfußes entsprechend um eine Schaufelteilung verdreht ist.
Der Steg, auf dem auf der dem Steckfuß gegenüberliegenden Seite das Laufschaufelprofil angeordnet ist, liegt bevorzugt in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu dieser Radialebene durch die Bohrungen steht. Hierzu kann eine radial innere und/oder äußere Stirnseite des Steges im Wesentlichen senkrecht zur Radialebene der Bohrungen, i. e. der sich in radialer Richtung durch die beiden Mittelpunkte der Bohrungen erstreckenden Ebene ausgebildet sein.
Eine Strömungsmaschine nach der vorliegenden Erfindung weist zur Befestigung jeder erfindungsgemäßen Laufschaufel eine entsprechende Nutanordnung mit einer ersten Nut zur Aufnahme des ersten Lappens und zwei zweiten Nuten zur Aufnahme des zweiten Lappens auf, die von der ersten Nut durch je einen Steg getrennt sind.
Bevorzugt sind die Nuten im Wesentlichen komplementär zu dem durch sie aufzu- nehmenden Lappen ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Insbesondere entspricht bevorzugt die axiale Qesamtbreite zwischen voneinander abgewandten Axialseiten der beiden zweiten Nuten im Wesentlichen der axialen Gesamtbreite zwischen voneinander abgewandten Axialseiten der beiden zweiten Lappen. Insbesondere zum Ausgleich von Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen können dabei geringfügige Unterschiede vorteilhaft sein. Als radiale Höhen bzw. axiale Erstreckungen können, wie vorstehend zu den Lappen erläutert, entsprechend maximale, minimale oder mittlere Abstände in radialer bzw. axialer Richtung zwischen parallelen oder nicht-parallelen Flächen zugrunde gelegt werden.
So liegt beispielsweise das Verhältnis der radialen Höhe des ersten, radial äußeren Stegabschnittes bzw. eines ersten, radial äußeren Nutabschnittes zur axialen Gesamtbreite bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,40 und 0,46, vorzugsweise zwischen 0,41 und 0,45, während das entsprechende Verhältnis der radialen Höhe des zweiten, radial inneren Stegabschnittes bzw. eines entsprechenden radial inneren Nutabschnittes zur axialen Gesamtbreite bevorzugt zwischen 0,44 und 0,50, vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,49 liegt. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : eine Laufschaufel nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Gesamtansicht;
Fig. 2: den Steckfuß der Laufschaufel nach Fig. 1 in Draufsicht in Umfangs- richtung;
Fig. 3: eine Nutanordnung zur Aufnahme des Steckfußes nach Fig. 2 in Fig.
2 entsprechender Ansicht;
Fig. 4: den in der Nutanordnung nach Fig. 3 aufgenommenen Steckfuß nach Fig. 2; und Fig. 5: den Steckfuß nach Fig. 4 in der Draufsicht in axialer Richtung.
Fig. 1 zeigt eine Laufschaufel 1 mit einem dreilappigen Steckfuß 2 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Ansicht. Wie insbesondere in Fig. 2 zu erkennen, die eine Draufsicht auf den Steckfuß 2 in Umfangsrichtung eines Rotors einer Dampfturbine (nicht dargestellt) zeigt, in den der Steckfuß 2 in radialer Richtung von außen einsteckbar ist, weist der dreilappige Steckfuß einen ersten Zentrallappen 3 und zwei in axialer Richtung a beidseits diese Zentrallappens 3 angeordnete zweite Randlappen 4 auf. Die einander zugewandten inneren Axialseiten 3.i des Zentrallappens 3 und 4.i der Randlappen 4 weisen jeweils einen schrägen Absatz 5 auf, während die axial außenliegenden Stirnflächen u. a. der beiden Randlappen eben und parallel zueinander ausgebildet sind. Zwischen einem Steg 7, mit dem Zentral- und Randlappen 3, 4 integral ausgebildet sind, und dem schrägen Absatz 5 weist der Zentrallappen 3 einen ersten Abschnitt 3.1 mit einer axialen Erstreckung bF2 und die beiden Randlappen 4 je einen ersten Abschnitt 4.1 mit einer axialen Erstreckung bFi auf. Diese ersten Abschnitte weisen, gemessen von der radial inneren Stirnfläche (unten in Fig. 2) des Steges 7 bis zum Absatz 5, i. e. bis zu der Stelle, an der sich die axiale Erstreckung verringert, eine radiale Höhe hFi auf. Der Steg 7 weist zwischen dem radial äußeren Ende der Lappen 3, 4 und einer gegenüberliegenden radial äußeren Stirnseite eine radiale Höhe hp auf.
Zentral- und Randlappen 3, 4 weisen je einen, durch den Absatz 5 von dem ersten Abschnitt getrennten, zweiten Abschnitt 3.2 bzw. 4.2 auf, der eine axiale Erstreckung OF3 und eine radiale Höhe Iv2 zwischen einer radial inneren Stirnseite der Lappen und dem Ansatz 5, i. e. dem Bereich, in dem sich die axiale Erstreckung ändert, aufweist.
Die einander zugewandten, innenliegenden Axialseiten 3.i, 4.i der Lappen 3, 4 sind mit Ausnahme des schrägen Absatzes 5 parallel zu den ebenen, absatzlose- naxialen Stirnflächen 4.a der beiden Randlappen ausgebildet.
Der Steckfuß 2 weist zwischen den beiden axialen Stirnflächen 4 a der beiden Randlappen 4 in axialer Richtung a eine axiale Breite b auf. Bezogen auf diese a- xiale Gesamtbreite b beträgt eine radiale Gesamthöhe h des Steckfußes, die sich zwischen der radial inneren Stirnseite des Steges 7 und den radial inneren Stirnseiten der Lappen 3, 4 erstreckt, im Verhältnis: h/b = 0,91.
Die Verhältnisse der vorstehend definierten radialen Höhen des ersten und der zweiten Lappen betragen einheitlich: hF1/b = 0,42 bzw. hF2/b = 0,43.
Die axialen Erstreckungen betragen für den Zentrallappen 3: bF2/b = 0,24 und bF3/b = 0,14 und für die Randlappen 4: bFi/b = 0,19 und wie beim Zentrallappen bF3/b = 0,14. Zur Aufnahme dieses Steckfußes 2 ist in dem Rotor der Dampfturbine die in Fig. 3 gezeigte Nutanordnung mit einer Zentralnut 30 zur Aufnahme des Zentrallappens 3 und zwei Randnuten 40 zur Aufnahme der Randlappen 4 ausgebildet.
Wie insbesondere aus der Zusammenbau-Darstellung nach Fig. 4 erkennbar, sind die Lappen 3, 4 und die Nuten 30, 40 im Wesentlichen komplementär zueinander ausgebildet. Hierzu weist die Nutanordnung zwei identische Stege 80 auf, die, ausgehend von einem radial innen liegenden Nutgrund, jeweils einen zweiten Abschnitt 82 mit einer axialen Erstreckung bN2 aufweisen, der in einem schrägen Absatz 50 in einen ersten Abschnitt mit einer axialen Erstreckung bN1 übergeht. Bezogen auf die axiale Gesamtbreite b zwischen den ebenen, parallelen äußeren A- xialseiten der beiden Randnuten 40, die der axialen Gesamtbreite b zwischen den beiden axialen Stirnseiten 4.a der Randlappen 4 entspricht, betragen die radialen Höhen tN1, tN2 bzw. die axialen Erstreckungen bNi, bN2 dieses ersten und zweiten Abschnittes: bN,/b = 0,19, bN2/b = 0,29, tN2/b = 0,47.
Die radiale Gesamthöhe t, die sich als Summe der radialen Höhen foi; tN2 des ersten und zweiten Abschnittes sowie der radialen Höhe des Absatzes 50 ergibt, be- trägt im Verhältnis zur axialen Gesamtbreite b: t/b = 0,95.
Wie insbesondere aus den Fig. 3, 4 ersichtlich, weisen die Nuten 30, 40 in ihrem radial innenliegenden Nutgrund gerundete Fasen auf, während die Stege 40 an ihren radial außen liegenden Stirnseiten schräge Fasen aufweisen. Sobald der Steckfuß 2 in die Nutanordnung eingesteckt ist, wird er durch zwei in axiale Richtung eingeschlagene konische Bolzen (nicht dargestellt) befestigt. Hierzu sind zwei, in Fig. 1, 5 erkennbare Bohrungen 6.1 , 6.2 vorgesehen, die die Lappen 3, 4 durchgreifen. Wie insbesondere aus Fig. 4, in der die Mittellinien der beiden Bolzen strichpunktiert eingezeichnet sind, ersichtlich, weist der Mittelpunkt der radial oberen Bohrung von der radial äußeren Stirnseite der Stege 80 bzw. der radial inneren Stirnseite des Steges 7 einen Abstand hBi auf, die in Fig. 4 ebenfalls strichpunktiert eingezeichnete Mittellinie der radial inneren Bohrung 6.2 einen radialen Abstand hs2. Deren Verhältnis zur axialen Gesamtbreite b beträgt: hB2/b = 0,63.
Wie weiterhin in Fig. 5 erkennbar, ist die in Drehrichtung (im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 5) vordere Stirnseite der Lappen 3, 4 parallel zu der Radialebene durch die Mittelpunkte der Bohrungen 6.1 , 6.2 ausgerichtet, während die in Drehrichtung hintere Stirnseite in Umfangsrichtung entsprechend um eine Schaufelteilung verdreht ist.
Bezugszeichenliste
1 Laufschaufel
2 Steckfuß
3 erster bzw. Zentrallappen 3.1, 4.1 erster Abschnitt
3.2, 4.2 zweiter Abschnitt 3.i Axialseite
4 zweiter bzw. Randlappen 4.i innere Axialseite 4.a axiale Stirnfläche
5 Absatz 6.1 , 6.2 Bohrung 7 Steg
30 erste bzw. Zentralnut 40 zweite bzw. Randnut
40a axiale Nutstirnfläche
50 Absatz
80 Steg
80. i innere Ansichtsseite 81 erster Abschnitt
82 zweiter Abschnitt

Claims

Patentansprüche
1. Laufschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Dampfturbine, mit einem Steckfuß (2) mit einem ersten Lappen (3) und zwei zweiten Lappen (4), die in axialer Richtung (a) beidseitig des ersten Lappens angeord- net sind, wobei der erste und die zweiten Lappen auf einander zugewandten
Axialseiten (3.i, 4.i) einen Absatz (5) in axialer Richtung derart aufweisen, dass die Lappen einen radial außenliegenden ersten Abschnitt (3.1, 4.1) und einen radial innenliegenden zweiten Abschnitt (3.2, 4.2) aufweisen, dessen a- xiale Erstreckung (bF3) geringer ist als diejenige (bFi, bF2) des außenliegenden ersten Abschnittes, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf einen axiale
Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), die radiale Höhe (hFi / b) des ersten, radial außenliegenden Abschnittes im Bereich zwischen 0,39 und 0,45, insbesondere zwischen 0,40 und 0,44, und die radiale Höhe (hF2 / b) des zweiten, radial innen- liegenden Abschnittes im Bereich zwischen 0,40 und 0,46, insbesondere zwischen 0,41 und 0,45 liegt.
2. Laufschaufel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4) ohne Absatz ausgebildet sind.
3. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), die radiale Gesamthöhe (h/b) der Lappen im Bereich zwischen 0,88 und 0,94, insbesondere zwischen 0,89 und 0,93 liegt.
4. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (5), bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), eine radiale Höhe im Bereich zwischen 0,00 und 0,14, insbesondere zwischen 0,00 und 0,12 aufweist.
5. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite des Absatzes (5) sich stetig, insbesondere linear, von dem ersten zu dem zweiten Abschnitt verjüngt.
6. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), der erste, radial außenliegende Abschnitt (3.1) des ersten Lappens (3) eine axiale Erstreckung (bF2 / b) im Bereich zwischen 0,21 und 0,27, insbesondere zwischen 0,22 und 0,26 aufweist; und/oder der zweite, radial innenliegende Ab- schnitt (3.2) des ersten Lappens (3) eine axiale Erstreckung (bF3 / b) im Bereich zwischen 0,11 und 0,17, insbesondere zwischen 0,12 und 0,16 aufweist.
7. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), der erste, radial außenliegende Abschnitt (4.1) eines zweiten Lappens (4) eine axiale
Erstreckung (bpi / b) im Bereich zwischen 0,16 und 0,22, insbesondere zwischen 0,17 und 0,21 aufweist; und/oder der zweite, radial innenliegende Abschnitt (4.2) eines zweiten Lappens (4) eine axiale Erstreckung (bF3 / b) im Bereich zwischen 0,11 und 0,17, insbesondere zwischen 0,12 und 0,16 aufweist.
8. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und die zweiten Lappen zwei radial beabstandete, miteinander fluchtende Bohrungen (6.1, 6.2) zum Durchgreifen eines Befestigungsbolzens aufweisen, wobei, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), der Mittelpunkt einer radial außenliegenden Bohrung (6.1) von dem radial außenliegenden Ende des ersten Abschnittes (3.1, 4.1) einen Abstand (hBi / b) im Bereich zwischen 0,24 und 0,30, insbesondere zwischen 0,25 und 0,29 aufweist, und/oder der Mittelpunkt einer radial innenliegenden Bohrung (6.2) von dem radial außenliegenden Ende des ersten Abschnittes (3.1, 4.1) einen Abstand (hβ2 / b) im Bereich zwischen 0,60 und 0,66, insbesondere zwischen
0,61 und 0,65 aufweist.
9. Laufschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweiten Lappen (3, 4) miteinander über einen radial außenliegenden Steg (7) verbunden sind, dessen radiale Höhe, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axi- alseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), (hFi / b) im Bereich zwischen
0,12 und 0,18, insbesondere zwischen 0,13 und 0,17 liegt.
10. Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine, mit einer Nutanordnung zur Aufnahme eines Steckfußes (2) einer Laufschaufel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nutanordnung eine erste Nut (30) zur Auf- nähme des ersten Lappens (3) und zwei, durch Stege (80) von dieser getrennte, zweite Nuten (40) zur Aufnahme der zweiten Lappen (4) aufweist, wobei die Stege auf einander zugewandten Axialseiten (80. i) einen Absatz (50) in a- xialer Richtung derart aufweisen, dass die Stege einen radial außenliegenden ersten Stegabschnitt (81) und einen radial innenliegenden zweiten Stegab- schnitt (82) aufweisen, dessen axiale Erstreckung (bN2) größer ist als diejenige des außenliegenden ersten Stegabschnittes (bNi), dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf einen axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (40.a) der beiden zweiten Nuten, die radiale Höhe (twi / b) des ersten, radial außenliegenden Stegabschnittes (81) im Bereich zwi- sehen 0,40 und 0,46, insbesondere zwischen 0,41 und 0,45, und die radiale
Höhe (tN2 / b) des zweiten, radial innenliegendeπ Stegabschnittes (82) im Bereich zwischen 0,44 und 0,50, insbesondere zwischen 0,45 und 0,49 liegt.
11. Strömungsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten A- xialseiten (40. a) der beiden zweiten Nuten (40), die radiale Gesamthöhe (t/b) der Stege (80) im Bereich zwischen 0,92 und 0,98, insbesondere zwischen 0,93 und 0,97 liegt.
12. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (80) auf ihrer radial außenliegenden Stirnseite und/oder ihrem radial innenliegenden Ende eine Fase aufweisen.
13. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf einen axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (40. a) der beiden zweiten Nuten, der erste, radial außenliegende Abschnitt (81) eines Steges (80) eine axi- ale Erstreckung (bNi / b) im Bereich zwischen 0,16 und 0,22, insbesondere zwischen 0,17 und 0,21 aufweist; und/oder der zweite, radial innenliegende Abschnitt (82) eines Steges (80) eine axiale Erstreckung (bN2 / b) im Bereich zwischen 0,26 und 0,32, insbesondere zwischen 0,27 und 0,31 aufweist.
14. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (30, 40) im Wesentlichen komplementär zu dem ersten und den zweiten Lappen (3, 4) ausgebildet sind.
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