EP2304189B1 - Laufschaufel und strömungsmaschine mit laufschaufel - Google Patents
Laufschaufel und strömungsmaschine mit laufschaufel Download PDFInfo
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- EP2304189B1 EP2304189B1 EP09771998.3A EP09771998A EP2304189B1 EP 2304189 B1 EP2304189 B1 EP 2304189B1 EP 09771998 A EP09771998 A EP 09771998A EP 2304189 B1 EP2304189 B1 EP 2304189B1
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- 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
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- 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 with a plurality of lobes having radially outer first sections and radially inner second sections whose axial extent are smaller than that of the outer sections, and a turbomachine, in particular a Steam turbine, with such blades.
- plug feet must endure high stresses during operation. On the one hand occur, especially at higher rotor speeds, large centrifugal forces acting in the radial direction.
- the fluid flowing around the blades and deflected therethrough such as the work-carrying steam that is expanded in a steam turbine, exerts forces in the axial and circumferential directions on the rotor blades that must be supported in the plug feet.
- 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 un 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 surfaces.
- 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 “in the 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 extent 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 shoulder.
- 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 portion of a first lobe has, based on the total axial width, preferably a ratio in the range between 0.21 to 0.27, preferably between 0.22 and 0.26 or between 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 holes can be drilled and / or rubbed even after inserting the feet in the Nutan nieen.
- 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 tab to be absorbed by them, so that reference is made in this regard to the above statements.
- the axial total width between axial sides of the two second grooves facing away from one another preferably corresponds essentially to the overall axial width between axial sides of the two second tabs facing away from one another.
- 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 shows a blade 1 with a three-lobated Steckfuß 2 according to an embodiment of the present invention in a perspective view.
- Fig. 2 to recognize that a plan view of the plug-in foot 2 in the circumferential direction of a rotor of a steam turbine (not shown), in which the plug-in foot 2 can be inserted in the radial direction from the outside, the dreilappige Steckfuß a first central lobe 3 and two in the axial direction a on both sides this central lobe 3 arranged second edge tabs 4.
- 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.
- the central lobe 3 has 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 F1 .
- These first sections have, measured from the radially inner end face (bottom in Fig.
- the web 7 has a radial height h P between the radially outer end of the tabs 3, 4 and an opposite radially outer end side.
- 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 b F3 and a radial height h F2 between a radially inner end face of the tabs and Approach 5, ie the area in which the axial extent changes.
- the tabs 3, 4 and the grooves 30, 40 are formed substantially complementary to each other.
- the groove arrangement has two identical webs 80, which, starting from a radially inwardly lying groove base, each have a second section 82 with an axial extent b N2 , which merges into an oblique shoulder 50 in a first section with an axial extent b N1 , Based on the total axial width b between the flat, parallel outer axial sides of the two peripheral grooves 40, which corresponds to the total axial width b between the two axial end faces 4.a of the edge tabs 4, the radial heights t N1 , t N2 and the axial extensions b N1 .
- the grooves 30, 40 in their radially inner groove bottom rounded chamfers, while the webs 40 have at their radially outer end faces inclined chamfers.
Landscapes
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
- 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 Dampfturbine, 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.
- Aus der
EP 1 862 642 A2 und derGB 355 759 A - 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 Laufschaufein 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 Stimflächen. 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" beziehen 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 Erstreckung 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 radialen 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 ersten 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 Höhen 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 Bereich 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 Montagetoleranzen 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 aufzunehmenden Lappen ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Insbesondere entspricht bevorzugt die axiale Gesamtbreite 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 Umfangsrichtung; - Fig. 3:
- eine Nutanordnung zur Aufnahme des Steckfußes nach
Fig. 2 inFig. 2 entsprechender Ansicht; - Fig. 4:
- den in der Nutanordnung nach
Fig. 3 aufgenommenen Steckfuß nachFig. 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 inFig. 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 bF1 auf. Diese ersten Abschnitte weisen, gemessen von der radial inneren Stirnfläche (unten inFig. 2 ) des Steges 7 bis zum Absatz 5, i. e. bis zu der Stelle, an der sich die axiale Erstreckung verringert, eine radiale Höhe hF1 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 bF3 und eine radiale Höhe hF2 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, absatzlosenaxialen 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 axiale 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:
-
-
- 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 Axialseiten 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 bN1. bN2 dieses ersten und zweiten Abschnittes: -
- 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 hB1 auf, die inFig. 4 ebenfalls strichpunktiert eingezeichnete Mittellinie der radial inneren Bohrung 6.2 einen radialen Abstand hB2. Deren Verhältnis zur axialen Gesamtbreite b beträgt: - Wie weiterhin in
Fig. 5 erkennbar, ist die in Drehrichtung (im Gegenuhrzeigersinn inFig. 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. -
- 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 (14)
- 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, dadurch gekennzeichnet, dass, 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 liegt.
- Laufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die voneinander abgewandten Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4) ohne Absatz ausgebildet sind.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 (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 Abschnitt (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.
- 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 (bF1 / 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.
- 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 (hB1 / 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 (hB2 / b) im Bereich zwischen 0,60 und 0,66, insbesondere zwischen 0,61 und 0,65 aufweist.
- 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 Axialseiten (4.a) der beiden zweiten Lappen (4), (hF1 / b) im Bereich zwischen 0,12 und 0,18, insbesondere zwischen 0,13 und 0,17 liegt.
- 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 Aufnahme 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 axialer Richtung derart aufweisen, dass die Stege einen radial außenliegenden ersten Stegabschnitt (81) und einen radial innenliegenden zweiten Stegabschnitt (82) aufweisen, dessen axiale Erstreckung (bN2) größer ist als diejenige des außenliegenden ersten Stegabschnittes (bN1), dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf einen axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (40.a) der beiden zweiten Nuten, die radiale Höhe (tN1 / b) des ersten, radial außenliegenden Stegabschnittes (81) im Bereich zwischen 0,40 und 0,46, insbesondere zwischen 0,41 und 0,45, und die radiale Höhe (tN2 / b) des zweiten, radial innenliegenden Stegabschnittes (82) im Bereich zwischen 0,44 und 0,50, insbesondere zwischen 0,45 und 0,49 liegt.
- Strömungsmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf die axiale Gesamtbreite (b) zwischen voneinander abgewandten Axialseiten (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.
- 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.
- 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 axiale Erstreckung (bN1 / 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.
- 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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