EP2404038A1 - Integral beschaufelter rotor und verfahren zur herstellung eines integral beschaufelten rotors - Google Patents

Integral beschaufelter rotor und verfahren zur herstellung eines integral beschaufelten rotors

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EP2404038A1
EP2404038A1 EP10713553A EP10713553A EP2404038A1 EP 2404038 A1 EP2404038 A1 EP 2404038A1 EP 10713553 A EP10713553 A EP 10713553A EP 10713553 A EP10713553 A EP 10713553A EP 2404038 A1 EP2404038 A1 EP 2404038A1
Authority
EP
European Patent Office
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rotor
sealing
discharge opening
rotor according
sealing elements
Prior art date
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EP10713553A
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English (en)
French (fr)
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EP2404038B1 (de
Inventor
Alexander Böck
Jens Wittmer
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
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Publication date
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Publication of EP2404038B1 publication Critical patent/EP2404038B1/de
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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
    • F01D5/34—Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the invention relates to an integrally bladed rotor for a turbomachine, in particular for a gas turbine, and to a method for producing an integrally bladed rotor.
  • Gas turbine rotors with integral blading are referred to as blisk or bling, depending on whether there is a disk-shaped rotor or rotor with a cross-section in cross-section (referred to below as rotor body).
  • Blisk is the short form of Bladed Disk and Bling of Bladed Ring.
  • the object of the invention is to provide an integrally bladed rotor, in which a seal of the discharge openings is realized inexpensively and with low weight, and a simple manufacturing method of such integrally bladed rotor.
  • the object is achieved by an integrally bladed rotor according to the invention for a turbomachine, in particular for a gas turbine.
  • the rotor comprises a rotor base body, extending in the radial edge region in the axial direction Relief openings are provided.
  • a sealing element is provided, which seals the discharge opening in the axial direction. In this way, no separate sealing rings or washers are needed, whereby weight is saved. Since a sealing element is associated with only one relief opening, the construction of the sealing elements is simplified, whereby costs are saved.
  • the sealing elements have a stop, with which they bear against an end face of the rotor. In this way, a simple positioning of the sealing elements and a simple attachment to the rotor are made possible.
  • the sealing elements may have at least one bending extension, which bears against an end face of the rotor.
  • the sealing elements are fixed by bending the bending extension on the rotor.
  • the sealing elements are located as dampers between adjacent blade necks. This allows for improved damping of vibrations of the rotor.
  • the sealing elements each have a sealing plate which is adapted to the cross section of the discharge opening.
  • the sealing plate allows optimal sealing of the discharge opening.
  • the sealing plate can be designed so that the thickness of the sealing plate by at least a factor of 5 is less than the length of the discharge opening. This allows a further saving of weight in the radial edge region of the rotor main body.
  • the sealing plate is located in the discharge opening. In this way, the sealing plate takes no additional space to complete.
  • the sealing plate is provided, for example, in the axial direction substantially in the middle of the discharge opening.
  • the seal of the discharge opening is maintained even with small displacements of the sealing plate in the axial direction.
  • the sealing elements each have two sealing plates.
  • the two sealing plates of the sealing elements are arranged so that they form a plane at the two ends of the discharge opening with the end faces of the rotor in the region of the discharge openings, ie finish flush. In this way, only slight ventilation losses occur in the region of the discharge openings during rotation of the rotor.
  • sealing elements are provided with different masses. This allows a balancing of the rotor by means of the sealing elements.
  • the sealing elements preferably have a radially outer web which has at least one sealing plate protruding from the web and stops at both ends of the web, wherein the stops preferably act on the end faces of the rotor. In this way, the sealing element is attached via the two stops at the ends on the end faces of the rotor, whereby slipping of the sealing plate is prevented.
  • These attacks are z. B. a permanent extension and a bending extension.
  • the invention further relates to a method for producing an integrally bladed rotor with the following method steps.
  • a first step the attachment of blades takes place on a rotor body, wherein in the radial edge region of the rotor body discharge openings are provided, which lie in the region of slots of adjacent blade necks.
  • the relief openings are closed by sealing elements. This allows a simple production of the rotor, which can be dispensed with elaborately manufactured and heavy sealing rings or washers, whereby weight and cost can be saved.
  • the balancing of the rotor takes place by means of differently heavy sealing elements. This makes it possible to perform the sealing of the discharge openings and the balancing of the rotor in one method step.
  • Figure 1 is a perspective view of an integrally bladed rotor according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a detail view of a sealing element according to the embodiment shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a plan view of the end face of the rotor shown in Figure 1;
  • Figure 4 is a sectional view taken along the section plane IV-IV shown in Figure 3;
  • Figure 5 is a perspective view of an integrally bladed rotor according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a detail view of a sealing element according to the embodiment shown in Figure 5;
  • Figure 7 is a plan view of the end face of the rotor shown in Figure 5.
  • FIG. 8 shows a sectional view along the sectional plane VIII-VIII shown in FIG.
  • An integrally bladed rotor 10 has a rotor body 12, which in the embodiment shown is a rotor disk.
  • the rotor base body 12 may, however, also be annular, for example.
  • the integrally bladed rotor 10 is designed for a gas turbine and may be located in the turbine section or in the compressor section.
  • the invention can also be applied to integrally bladed rotors of other turbomachines.
  • a plurality of blades 14 are provided, which are connected in the embodiment shown via separate intermediate pieces 16 with the rotor base body 12.
  • a blade 14 is constructed as follows: radially inwardly a blade neck 18 is provided, from the blade neck 18, the blade 20 extends radially outward. At the outer end of the airfoil 20, an outer shroud 22 is provided.
  • the blades 14 are made, for example, from single-crystalline nickel-based materials that do not allow fusion welding. Such a blade 14 is first connected by friction welding, in particular linear friction welding, with an intermediate piece 16.
  • the intermediate piece 16 is made of a material other than the blade 14, for example of a polycrystalline material.
  • the blade 14 can then be attached via the intermediate piece 16 by means of various methods on the rotor body 12. Of course, it is also possible for the blades 14 to be fastened directly to the rotor base body 12 by suitable methods.
  • a lightweight construction for the blade neck 18 is provided. Recesses 24 are provided in the blade necks 18 on the sides lying in the circumferential direction (cf., FIG. 1 and FIG. 4). Between adjacent blade necks 18 cavities 18 are formed by the recesses 24 in opposite sides of the blade necks.
  • the blade necks 18 each have a front and rear extension in the axial direction.
  • the extensions together form a running in the circumferential direction inner shroud 26th
  • relief openings 28 are provided in the radially outer edge region of the rotor base body 12 extending in the axial direction.
  • the relief openings 28 are used, for example, to reduce stresses in the rotor base body 12 due to thermal stresses by hot gases that are passed through the turbomachine.
  • a sealing element 30 is provided in each case, which seals the discharge opening 28 in the axial direction.
  • FIG. 2 shows a detailed view of one of the sealing elements 30 according to a first embodiment of the invention.
  • the sealing element 30 has a radially outer web 32. At the left end of the web 32, a thickening is provided, which forms a first stop 34, which bears against a first end face 36 of the rotor 10 (cf., FIG. 1 or FIG.
  • a bending extension 38 is formed on the right end of the web 32.
  • the bending extension 38 is bent after insertion of the sealing element 30 in the discharge opening 28 of the rotor 10 by about 90 ° upwards, so that it rests with its upper surface on the second end face 36 of the rotor 10. It is of course also possible to arrange one or more bending extensions 38 on the sealing element 30 in such a way that they can be bent in different directions, for example laterally, in the bent state.
  • a sealing plate 40 projects from the web 32 downwards.
  • the shape of the sealing plate 40 is adapted to the cross section of the discharge opening 28 in order to achieve an optimal seal.
  • the sealing plate 40 is arranged substantially in the middle of the radially outer web 32 and is thus arranged in the mounted state within the discharge opening 28 more precisely in the axial direction substantially in the middle of the discharge opening 28.
  • the thickness of the sealing plate 40 is at least a factor of 5 less than the length of the discharge opening 28 in the axial direction. In this way, 28 material is saved in the region of the discharge opening, whereby the weight of the rotor 10 is reduced.
  • the relief opening 28 is chosen to be as large as possible without impairing the stability of the rotor 10.
  • the sealing element 30 is arranged so that it abuts against the first stop 34 on the first end face 36 and with a second stop, which is formed by the bent bending extension 38, on the second end face 36 of the rotor 10, whereby a movement of the sealing element 30 in the axial direction is prevented (see Figure 4).
  • the radially outer web 32 of the sealing element 30 is a damper between adjacent blade necks 18.
  • the damper is used in particular for reducing vibrations of the blades 14.
  • An option to achieve the damping effect is that the Top of the web 32 rests against the top of the discharge opening 28 and is absorbed by friction kinetic energy.
  • the various sealing elements 30, which are each associated with a discharge opening 28, may have different masses, whereby a balancing of the rotor 10 by means of the sealing elements 30 is made possible.
  • the sealing elements 30 thereby additionally serve as balancing masses.
  • FIGs 5 to 8 show a second embodiment of the invention.
  • the construction of rotor body 12 and blades 14 are identical to the first embodiment shown in Figures 1 to 4.
  • the second embodiment differs from the first embodiment by an altered sealing element 30.
  • Figure 6 shows a detailed view of the sealing element 30 of the second embodiment of the rotor 10.
  • two sealing plates 40 are attached, which are each adapted to the cross section of the discharge opening 28.
  • a first stop 34 and a bending extension 38 are provided analogously to the first embodiment.
  • the arrangement of the sealing elements 30 in the mounted state in the rotor 10 can be seen particularly well in FIG.
  • the sealing element 30 rests with the first stop 34 on the left end side 36 of the rotor 10 and with the bent bending extension 38, which forms a second stop, on the right end face 36 of the rotor 10 at.
  • the two sealing plates 40 of the sealing elements 30 are arranged so that they form a plane at the two ends of the discharge opening 28 with the end faces 36 of the rotor 10 and terminate flush. In this way, only slight flow losses through the sealing elements 30 result upon rotation of the rotor 10.
  • the bending extensions 38 are bent by approximately 180 ° and lie with their end face against the end face 36 of the rotor 10.
  • the bending extensions 38 analogously to the first embodiment (cf., FIG. 4) by only about 90 °, so that the bending extensions 38 lie with their upper surface against the end face 36 of the rotor 10.
  • the bending extensions 38 of the first embodiment can be bent by approximately 180 ° analogously to the second embodiment. It is also conceivable to bend a plurality of bending extensions 38 in different directions.
  • a method of manufacturing an integrally bladed rotor 10 according to the present invention will be described.
  • the blades 14 are fastened to a rotor base body 12. This can be done by various methods, in particular using an intermediate piece 16 to facilitate welding processes.
  • relief openings 28 are provided which lie in the region of slots of adjacent blade necks 18. The discharge openings 28 can thereby arise, for example, in the attachment of individual blades 14 on the rotor base body 12, process-related, or they can after mounting the blades 14 on the rotor body 12, for example by drilling or milling, arise.
  • the relief openings 28 are closed and sealed by the sealing elements 30.
  • the sealing elements 30 are introduced with the bending extension 38 ahead in the discharge openings 28 until the first stop 34 bears against the end face 36 of the rotor 10.
  • the bending extension 38 which protrudes on the other side of the rotor 10 from the discharge opening 28, bent upwards until it rests against the end face 36 of the rotor 10 and thus forms a second stop, whereby the sealing element 30 fixed in the discharge opening 28th is held.
  • the mass of the respective sealing elements 30 is adjusted so that simultaneously with the sealing of the discharge openings 28, a balancing of the rotor 10 takes place.
  • a bending extension 38 is provided instead of the first stop 34 in the form of a thickening of the sealing element 30 on both sides of the sealing element 30, wherein during the assembly of the sealing element 30, the bending extensions 38 are bent on both sides of the sealing element and in each case abut against the end face 36 of the rotor 10 and form a stop.
  • Such a sealing element 30 is formed symmetrically, for example, whereby the orientation of the sealing element 30 during assembly does not have to be considered.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen integral beschaufelten Rotor (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper (12), in dessen radialem Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen (28) vorgesehen sind. In jeder Entlastungsöffnung (28) ist ein Dichtelement (30) vorgesehen, welches die Entlastungsöffnung (28) in radialer Richtung abdichtet.

Description

Integral beschaufelter Rotor und Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors
Die Erfindung betrifft einen integral beschaufelten Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors.
Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung bezeichnet man abhängig davon, ob ein im Querschnitt scheibenförmiger oder ein im Querschnitt ringförmiger Rotor bzw. Rotorträger (im Folgenden Rotorgrundkörper genannt) vorhanden ist, als Blisk bzw. Bling. Blisk ist die Kurzform von Bladed Disk und Bling von Bladed Ring.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Gasturbinenrotoren mit integraler Beschaufelung durch Fräsen aus dem Vollen herzustellen, was natürlich sehr aufwendig und teuer ist, weshalb dieses Verfahren nur für relativ kleine Gasturbinenrotoren Verwendung gefunden hat. Ein anderes, bei großen Rotoren Anwendung findendes Verfahren ist das Reibschweißen eines von separat hergestellten, insbesondere monokristallinen Schaufeln an einem insbesondere polykristallinen Rotorgrundkörper. Um hohe thermische Spannungen im Rotorgrundkörper zu vermeiden, werden im radialen Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen oder -schlitze eingebracht. Damit keine strömungstechnischen Nachteile aufgrund der Entlastungsöffnungen auftreten, sind Dichtringe oder Dichtscheiben vor oder hinter dem Rotor angeordnet, wodurch die Entlastungsöffnungen oder -schlitze abgedichtet werden. Solche Dichtringe oder -Scheiben sind aufwendig zu fertigen und somit teuer und erhöhen das Gewicht des Rotors.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen integral beschaufelten Rotor zu schaffen, bei dem eine Abdichtung der Entlastungsöffnungen kostengünstig und mit geringem Gewicht realisiert wird, sowie ein einfaches Herstellungsverfahren eines solchen integral beschaufelten Rotors.
Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen integral beschaufelten Rotor für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, gelöst. Der Rotor umfasst einen Rotorgrundkörper, in dessen radialem Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen vorgesehen sind. In jeder Entlastungsöffnung ist ein Dichtelement vorgesehen, welches die Entlastungsöffnung in axialer Richtung abdichtet. Auf diese Weise werden keine separaten Dichtringe oder -Scheiben benötigt, wodurch Gewicht eingespart wird. Da ein Dichtelement nur einer Entlastungsöffnung zugeordnet ist, vereinfacht sich die Bauweise der Dichtelemente, wodurch Kosten eingespart werden.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente einen Anschlag auf, mit dem sie an einer Stirnseite des Rotors anliegen. Auf diese Weise werden eine einfache Positionierung der Dichtelemente sowie eine einfache Befestigung am Rotor ermöglicht.
Die Dichtelemente können mindestens einen Biegefortsatz aufweisen, der an einer Stirnseite des Rotors anliegt. Somit werden die Dichtelemente durch Umbiegen des Biegefortsatzes am Rotor befestigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Dichtelemente als Dämpfer zwischen benachbarten Schaufelhälsen. Dies ermöglicht eine verbesserte Dämpfung von Schwingungen des Rotors.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente jeweils eine Dichtplatte auf, die an den Querschnitt der Entlastungsöffnung angepasst ist. Die Dichtplatte ermöglicht eine optimale Abdichtung der Entlastungsöffnung.
Die Dichtplatte lässt sich so ausführen, dass die Dicke der Dichtplatte um mindestens den Faktor 5 geringer ist als die Länge der Entlastungsöffnung. Dies ermöglicht eine weitere Einsparung von Gewicht im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers.
Vorzugsweise liegt die Dichtplatte in der Entlastungsöffnung. Auf diese Weise nimmt die Dichtplatte keinen zusätzlichen Bauraum in Anspruch.
Die Dichtplatte ist beispielsweise in axialer Richtung im Wesentlichen in der Mitte der Entlastungsöffnung vorgesehen. So bleibt die Abdichtung der Entlastungsöffnung auch bei kleinen Verschiebungen der Dichtplatte in axialer Richtung erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Dichtelemente jeweils zwei Dichtplatten auf. Dies ermöglicht eine verbesserte Abdichtung der Entlastungsöffnung. Vorzugsweise sind die beiden Dichtplatten der Dichtelemente so angeordnet, dass sie an den beiden Enden der Entlastungsöffnung mit den Stirnseiten des Rotors im Bereich der Entlastungsöffnungen eine Ebene bilden, d. h. bündig abschließen. Auf diese Weise ergeben sich bei Rotation des Rotors nur geringe Ventilationsverluste im Bereich der Entlastungsöffnungen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind Dichtelemente mit verschiedenen Massen vorgesehen. Dies ermöglicht ein Wuchten des Rotors mittels der Dichtelemente.
Vorzugsweise weisen die Dichtelemente einen radial äußeren Steg auf, der wenigstens eine vom Steg abstehende Dichtplatte und an beiden Enden des Stegs Anschläge aufweist, wobei die Anschläge vorzugsweise an den Stirnseiten des Rotors angreifen. Auf diese Weise wird das Dichtelement über die beiden Anschläge an den Enden an den Stirnseiten des Rotors befestigt, wodurch ein Verrutschen der Dichtplatte verhindert wird. Diese Anschläge sind z. B. ein permanenter Fortsatz sowie ein Biegefortsatz.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors mit folgenden Verfahrensschritten. In einem ersten Schritt erfolgt die Befestigung von Schaufeln an einen Rotorgrundkörper, wobei im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers Entlastungsöffnungen vorgesehen sind, die im Bereich von Schlitzen benachbarter Schaufelhälse liegen. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Verschließen der Entlastungsöffnungen durch Dichtelemente. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Rotors, wobei auf aufwendig herzustellende und schwere Dichtringe oder -Scheiben verzichtet werden kann, wodurch Gewicht und Kosten eingespart werden.
Bei einer weiteren Variante des Verfahrens erfolgt das Wuchten des Rotors mittels unterschiedlich schwerer Dichtelemente. Dies ermöglicht, die Abdichtung der Entlastungsöffnungen und das Wuchten des Rotors in einem Verfahrensschritt durchzuführen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines integral beschaufelten Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 eine Detailansicht eines Dichtelements gemäß der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform;
Figur 3 eine Draufsicht auf die Stirnfläche des in Figur 1 gezeigten Rotors;
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der in Figur 3 gezeigten Schnittebene IV-IV;
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines integral beschaufelten Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 6 eine Detailansicht eines Dichtelements gemäß der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform;
Figur 7 eine Draufsicht auf die Stirnfläche des in Figur 5 gezeigten Rotors; und
Figur 8 eine Schnittansicht entlang der in Figur 7 gezeigten Schnittebene VIII-VIII.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 4 beschrieben. Ein integral beschaufelter Rotor 10 weist einen Rotorgrundkörper 12 auf, der in der gezeigten Ausführungsform eine Rotorscheibe ist. Der Rotorgrundkörper 12 kann aber beispielsweise auch ringförmig sein.
Der integral beschaufelte Rotor 10 ist für eine Gasturbine ausgelegt, wobei er im Turbinenabschnitt oder im Verdichterabschnitt angeordnet sein kann. Die Erfindung lässt sich natürlich auch auf integral beschaufelte Rotoren anderer Strömungsmaschinen anwenden.
Am Außenradius des Rotorgrundkörpers 12 sind mehrere Schaufeln 14 vorgesehen, die in der gezeigten Ausführungsform über separate Zwischenstücke 16 mit dem Rotorgrundkörper 12 verbunden sind.
Eine Schaufel 14 ist wie folgt aufgebaut: radial innen liegend ist ein Schaufelhals 18 vorgesehen, vom Schaufelhals 18 erstreckt sich das Schaufelblatt 20 radial nach außen. Am äußeren Ende des Schaufelblatts 20 ist ein äußeres Deckband 22 vorgesehen. Die Schaufeln 14 sind beispielsweise aus einkristallinen Nickel-Basis-Werkstoffen gefertigt, die keine Schmelzschweißverfahren erlauben. Eine solche Schaufel 14 wird zuerst durch Reibschweißen, insbesondere Linearreibschweißen, mit einem Zwischenstück 16 verbunden. Das Zwischenstück 16 ist dabei aus einem anderen Material als die Schaufel 14 gefertigt, beispielsweise aus einem polykristallinen Material. Die Schaufel 14 kann dann über das Zwischenstück 16 mit Hilfe verschiedener Verfahren am Rotorgrundkörper 12 befestigt werden. Es ist natürlich auch möglich, dass die Schaufeln 14 mit geeigneten Verfahren direkt am Rotorgrundkörper 12 befestigt sind.
Um das Gewicht des Rotors 10 möglichst gering zu halten, ist eine Leichtbauweise für den Schaufelhals 18 vorgesehen. In den Schaufelhälsen 18 sind dabei auf den in Umfangsrichtung liegenden Seiten Ausnehmungen 24 vorgesehen (vgl. Figur 1 und Figur 4). Zwischen benachbarten Schaufelhälsen 18 werden durch die Ausnehmungen 24 in gegenüberliegenden Seiten der Schaufelhälse 18 Hohlräume gebildet.
Die Schaufelhälse 18 weisen jeweils einen in axialer Richtung vorderen und hinteren Fortsatz auf. Die Fortsätze bilden gemeinsam ein in Umlaufrichtung verlaufendes inneres Deckband 26.
Im radial äußeren Randbereich des Rotorgrundkörpers 12 sind in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen 28 vorgesehen. Die Entlastungsöffnungen 28 dienen beispielsweise zur Reduzierung von Spannungen im Rotorgrundkörper 12 aufgrund von thermischen Belastungen durch Heißgase, die durch die Strömungsmaschine geleitet werden.
Radial außerhalb der Entlastungsöffnungen 28 sind schmale Schlitze 29 zwischen benachbarten Schaufelhälsen 18 vorgesehen, die in die Öffnungen 28 übergehen.
In den Entlastungsöffnungen 28 ist jeweils ein Dichtelement 30 vorgesehen, welches die Entlastungsöffnung 28 in axialer Richtung abdichtet.
In den Figuren 1 und 3 sind einige Entlastungsöffnungen 28 des Rotors 10 mit eingesetzten Dichtelementen 30 und einige Entlastungsöffnungen 28 mit herausgenommenen Dichtelementen 30 dargestellt. Figur 2 zeigt eine Detailansicht eines der Dichtelemente 30 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Dichtelement 30 weist einen radial äußeren Steg 32 auf. Am linken Ende des Steges 32 ist eine Verdickung vorgesehen, die einen ersten Anschlag 34 bildet, der an einer ersten Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegt (vgl. Figur 1 oder Figur 4).
Auf dem rechten Ende des Steges 32 ist ein Biegefortsatz 38 ausgebildet. Der Biegefortsatz 38 wird nach dem Einführen des Dichtelements 30 in die Entlastungsöffnung 28 des Rotors 10 um ca. 90° nach oben umgebogen, sodass er mit seiner oberen Fläche an der zweiten Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegt. Somit bildet der Biegefortsatz 38 im umgebogenen Zustand einen zweiten Anschlag des Dichtelements 30. Es ist natürlich auch möglich, einen oder mehrere Biegefortsätze 38 so am Dichtelement 30 anzuordnen, dass sie in verschiedene Richtungen, beispielsweise seitlich, umgebogen werden können.
Eine Dichtplatte 40 steht vom Steg 32 nach unten hin ab. Die Form der Dichtplatte 40 ist dabei an den Querschnitt der Entlastungsöffnung 28 angepasst, um eine optimale Abdichtung zu erreichen. Die Dichtplatte 40 ist im Wesentlichen in der Mitte des radial äußeren Steges 32 angeordnet und ist somit im montierten Zustand innerhalb der Entlastungsöffnung 28 genauer gesagt in axialer Richtung im Wesentlichen in der Mitte der Entlastungsöffnung 28 angeordnet.
Die Dicke der Dichtplatte 40 ist um mindestens den Faktor 5 geringer als die Länge der Entlastungsöffnung 28 in axialer Richtung. Auf diese Weise wird im Bereich der Entlastungsöffnung 28 Material eingespart, wodurch sich das Gewicht des Rotors 10 reduziert. Zur maximalen Gewichtseinsparung ist die Entlastungsöffnung 28 möglichst groß gewählt, ohne dass die Stabilität des Rotors 10 beeinträchtigt wird.
Im montierten Zustand ist das Dichtelement 30 so angeordnet, dass es mit dem ersten Anschlag 34 auf der ersten Stirnseite 36 und mit einem zweiten Anschlag, der durch den umgebogenen Biegefortsatz 38 gebildet wird, an der zweiten Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegt, wodurch eine Bewegung des Dichtelements 30 in axialer Richtung verhindert wird (vgl. Figur 4).
Der radial äußere Steg 32 des Dichtelements 30 ist ein Dämpfer zwischen benachbarten Schaufelhälsen 18. Der Dämpfer dient insbesondere zur Reduzierung von Schwingungen der Schaufeln 14. Eine Option, die Dämpfungswirkung zu erzielen, besteht darin, daß die Oberseite des Stegs 32 an der Oberseite der Entlastungsöffnung 28 anliegt und über Reibung Bewegungsenergie aufgenommen wird.
Die verschiedenen Dichtelemente 30, die jeweils einer Entlastungsöffnung 28 zugeordnet sind, können verschiedene Massen aufweisen, wodurch ein Wuchten des Rotors 10 mithilfe der Dichtelemente 30 ermöglicht wird. Die Dichtelemente 30 dienen dadurch zusätzlich als Wuchtmassen.
Die Figuren 5 bis 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die Bauweisen von Rotorgrundkörper 12 und Schaufeln 14 sind identisch zur in Figur 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch ein verändertes Dichtelement 30.
Figur 6 zeigt eine Detailansicht des Dichtelements 30 der zweiten Ausführungsform des Rotors 10. An einem radial äußeren Steg 32 sind zwei Dichtplatten 40 angebracht, die jeweils an den Querschnitt der Entlastungsöffnung 28 angepasst sind. An den Enden des radial äußeren Stegs 32 sind analog zur ersten Ausführungsform ein erster Anschlag 34 und ein Biegefortsatz 38 vorgesehen.
Die Anordnung der Dichtelemente 30 im montierten Zustand im Rotor 10 ist besonders gut in Figur 8 zu erkennen. Das Dichtelement 30 liegt mit dem ersten Anschlag 34 auf der linken Stirnseite 36 des Rotors 10 an und mit dem umgebogenen Biegefortsatz 38, der einen zweiten Anschlag bildet, an der rechten Stirnseite 36 des Rotors 10 an.
Die beiden Dichtplatten 40 der Dichtelemente 30 sind dabei so angeordnet, dass sie an den beiden Enden der Entlastungsöffnung 28 mit den Stirnseiten 36 des Rotors 10 eine Ebene bilden bzw. bündig abschließen. Auf diese Weise ergeben sich bei Rotation des Rotors 10 nur geringe Strömungsverluste durch die Dichtelemente 30.
Wie in Figur 8 gut zu erkennen, sind die Biegefortsätze 38 um annähernd 180° gebogen und liegen mit ihrer Endfläche an der Stirnseite 36 des Rotors 10 an. Es ist natürlich auch möglich, die Biegefortsätze 38 analog zur ersten Ausführungsform (vgl. Figur 4) nur um ca. 90° umzubiegen, sodass die Biegefortsätze 38 mit ihrer oberen Fläche an der Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegen. Gleichermaßen können die Biegefortsätze 38 der ersten Ausführungsform analog zur zweiten Ausführungsform um annähernd 180° gebogen sein. Es ist ebenso denkbar, mehrere Biegefortsätze 38 in verschiedenen Richtungen zu biegen. Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen integral beschaufelten Rotors 10 beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt werden die Schaufeln 14 an einem Rotorgrundkörper 12 befestigt. Dies kann mithilfe verschiedener Verfahren geschehen, insbesondere unter Verwendung eines Zwischenstücks 16 zur Erleichterung von Schweißverfahren. Im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers 12 sind dabei Entlastungsöffnungen 28 vorgesehen, die im Bereich von Schlitzen benachbarter Schaufelhälse 18 liegen. Die Entlastungsöffnungen 28 können dabei, beispielsweise bei der Befestigung von einzelnen Schaufeln 14 am Rotorgrundkörper 12, prozessbedingt entstehen, oder sie können nach dem Befestigen der Schaufeln 14 am Rotorgrundkörper 12, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen, entstehen.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Entlastungsöffnungen 28 durch die Dichtelemente 30 verschlossen und abgedichtet. Dazu werden die Dichtelemente 30 mit dem Biegefortsatz 38 voraus in die Entlastungsöffnungen 28 eingeführt bis der erste Anschlag 34 an der Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegt. Daraufhin wird der Biegefortsatz 38, der auf der anderen Seite des Rotors 10 aus der Entlastungsöffnung 28 herausragt, nach oben umgebogen, bis er an der Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegt und somit einen zweiten Anschlag bildet, wodurch das Dichtelement 30 fest in der Entlastungsöffnung 28 gehalten wird. Die Masse der jeweiligen Dichtelemente 30 wird dabei so abgestimmt, dass gleichzeitig mit dem Abdichten der Entlastungsöffnungen 28 ein Wuchten des Rotors 10 erfolgt.
Es ist auch möglich, dass anstelle des ersten Anschlags 34 in Form einer Verdickung des Dichtelements 30 auf beiden Seiten des Dichtelements 30 ein Biegefortsatz 38 vorgesehen ist, wobei bei der Montage des Dichtelements 30 die Biegefortsätze 38 auf beiden Seiten des Dichtelements umgebogen werden und dabei jeweils an den Stirnseite 36 des Rotors 10 anliegen und einen Anschlag bilden.
Ein solches Dichtelement 30 ist beispielsweise symmetrisch ausgebildet, wodurch die Orientierung des Dichtelements 30 bei der Montage nicht berücksichtigt werden muss.
Es können auch mehr als zwei Dichtplatten 40 Verwendung finden, so dass sich eine Art Labyrinthdichtung ergeben kann.

Claims

Ansprüche
1. Integral beschaufelter Rotor (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Gasturbine, mit einem Rotorgrundkörper (12), in dessen radialem Randbereich in axialer Richtung verlaufende Entlastungsöffnungen (28) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Entlastungsöffnung (28) ein Dichtelement (30) vorgesehen ist, welches die Entlastungsöffnung (28) in axialer Richtung abdichtet.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) einen Anschlag (34) aufweist, mit dem es an einer Stirnseite (36) des Rotors (10) anliegt.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) mindestens einen Biegefortsatz (38) aufweist, der an einer Stirnseite (36) des Rotors (10) anliegt.
4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (30) als Dämpfer zwischen benachbarten Schaufelhälsen (18) liegt.
5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (30) jeweils eine Dichtplatte (40) aufweisen, die an den Querschnitt der Entlastungsöffnung (28) angepasst ist.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Dichtplatte (40) um mindestens einen Faktor 5 geringer ist als die Länge der Entlastungsöffnung (28).
7. Rotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte (40) in der Entlastungsöffnung (28) liegt.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatte (40) in axialer Richtung im Wesentlichen in der Mitte der Entlastungsöffnung (28) vorgesehen ist.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (30) jeweils mindestens zwei Dichtplatten (40) aufweisen.
10. Rotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtplatten (40) der Dichtelemente (30) so angeordnet sind, dass sie an den beiden Enden der Entlastungsöffnung (28) mit den Stirnseiten (36) des Rotors (10) im Bereich der Entlastungsöffnungen (28) eine Ebene bilden.
11. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtelemente (30) mit verschiedenen Massen vorgesehen sind.
12. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (30) einen radial äußeren Steg (32) aufweisen, der wenigstens eine vom Steg (32) abstehende Dichtplatte (40) und an beiden Enden des Stegs (32) Anschläge aufweist, wobei die Anschläge vorzugsweise an den Stirnseiten (36) des Rotors (10) angreifen.
13. Verfahren zur Herstellung eines integral beschaufelten Rotors (10), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Befestigung von Schaufeln (14) an einem Rotorgrundkörper (12), wobei im radialen Randbereich des Rotorgrundkörpers (12) Entlastungsöffnungen (28) vorgesehen sind, die im Bereich von Schlitzen benachbarter Schaufelhälse (18) liegen;
- Verschließen der Entlastungsöffnungen (28) durch Dichtelemente (30).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Wuchten des Rotors (10) mittels Einsetzen von Dichtelementen (30) unterschiedlichen Gewichts erfolgt.
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