EP2907976A1 - Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel in einer zugeordneten Aufnahme eines Rotorgrundkörpers - Google Patents

Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel in einer zugeordneten Aufnahme eines Rotorgrundkörpers Download PDF

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EP2907976A1
EP2907976A1 EP14176760.8A EP14176760A EP2907976A1 EP 2907976 A1 EP2907976 A1 EP 2907976A1 EP 14176760 A EP14176760 A EP 14176760A EP 2907976 A1 EP2907976 A1 EP 2907976A1
Authority
EP
European Patent Office
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blade
blade root
securing
gas turbine
receptacle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14176760.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Kaltenbach
Armin Kammerer
Alexander Böck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP2907976A1 publication Critical patent/EP2907976A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
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    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making
    • Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member

Definitions

  • the invention relates to a method for mounting a gas turbine blade in an associated receptacle of a rotor base body.
  • the invention further relates to a rotor for a gas turbine and a gas turbine with such a rotor.
  • the object of the present invention is to provide a method for mounting a gas turbine blade in an associated receptacle of a rotor main body, by means of which the occurrence of critical voltage increases in the subsequent operation of the rotor reliably is prevented. Further objects of the invention are the provision of a corresponding rotor as well as a gas turbine provided with at least one such rotor.
  • the base surfaces can basically have any planar shape and, for example, be square, rectangular, circular, elliptical, etc.
  • the base surfaces are square or rectangular designed, so that the shaft portion in this case has the shape of a parallelepiped or a cuboid.
  • Both the groove and the shaft region are thus formed free of local elevations, depressions, bevels or the like.
  • both the longitudinal axis of the shaft region and the longitudinal axis of the groove extend parallel to a direction of insertion or insertion vector of the blade root in the associated receptacle, whereby a simple, linear insertion of the blade root in the fitted with the blade securing plate Recording is possible.
  • the blade securing plate has a first securing region and a second securing region, which are interconnected by a shaft region, wherein the shaft region has the shape of a straight cylinder which is formed corresponding to the groove of the blade root.
  • the bucket securing plate is arranged in the receptacle such that its shank region is arranged within the groove of the blade root and fills it, the first securing region being shaped such that it forms a first stop for a first end wall of the blade root, and wherein the second securing region is formed such that the second securing portion forms a second stop for a first end wall opposite the second end wall of the blade root.
  • the shank region of the blade securing plate is designed to be complementary to the groove of the blade root.
  • the geometry of the shank region corresponds exactly to the geometry of the groove, so that the shank region, on the one hand, is arranged completely within the groove and, on the other hand, completely fills it.
  • Fig. 1 How to get in Fig. 1 also recognizes are located upstream and downstream of the rotor 12 also known per se vane segments 28 which are sealed by sealing elements 30 against the drums 32 connected to the rotor 12.
  • the sealing elements 30 may be formed, for example, as honeycomb seals.
  • the blade securing plate 26 is laid on the bottom of the receptacle 24, so that the shaft region 38 extends through the receptacle 24.
  • a first securing region 40a is bent radially upwards in order to form a stop for a first end wall 42a of the blade root 34.
  • the second securing region 40b which is connected via the shaft region 38 to the first securing region 40a, is slightly bent radially downward in order to allow insertion of the blade root 34 in the direction of insertion symbolized by arrow IV.
  • the blade root 34 of the gas turbine blade 14 is thereby inserted along the insertion direction IV into the receptacle 24 of the rotor base body 16 until its first end wall 42a bears against the stop formed by the deformed first securing region 40a. It can be seen that in this end position of the blade root 34, the shank region 38 of the blade securing plate 26 is arranged completely within the groove 36 of the blade root 34 and fills it. How to get in Fig. 4 further recognizes, both the groove 36 and the shaft portion 38 are formed free of elevations, depressions, slopes and the like.
  • the blade root 34 is formed, in particular in the region of its groove 36 free of sharp edges and the like to break out or to prevent tearing of material. Sharp edges can arise, for example, in the production of the groove 36 on the blade root 34. Such sharp edges are therefore preferably rounded.
  • Fig. 6 shows a schematic frontal view of the in Fig. 5 shown details VI while Fig. 7 a schematic frontal view of in Fig. 6 shown details VII shows. It can be seen that the blade root 34 is formed free of sharp edges and - as far as possible - has round or rounded surfaces and surface transitions.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel (14) in einer zugeordneten Aufnahme (24) eines Rotorgrundkörpers (16). Zunächst wird die Gasturbinenschaufel (14) bereitgestellt, wobei diese in ihrem Schaufelfuß (34) eine sich entlang des Schaufelfußes (34) erstreckende Nut (36) umfasst, welche die Form eines geraden Zylinders besitzt, dessen Längsachse (L) parallel zu einer Einschubrichtung (IV) des Schaufelfußes (34) in die Aufnahme (24) angeordnet ist. Weiterhin wird ein Schaufelsicherungsblech (26) bereitgestellt, welches einen ersten Sicherungsbereich (40a) und einen zweiten Sicherungsbereich (40b) aufweist, die durch einen Schaftbereich (38) miteinander verbunden sind, wobei der Schaftbereich (38) die Form eines geraden Zylinders besitzt, der korrespondierend zur Nut (36) des Schaufelfußes (34) ausgebildet ist. Das Schaufelsicherungsblech (26) wird so angeordnet, so dass der Schaftbereich (38) auf einem Boden der Aufnahme (24) des Rotorgrundkörpers (16) zu liegen kommt, wobei der erste Sicherungsbereich (40a) derart umgeformt wird, dass er einen ersten Anschlag für eine erste Stirnwand (42a) des Schaufelfußes (34) bildet, und wobei der zweite Sicherungsbereich (40b) derart umgeformt wird, dass ein Einschieben des Schaufelfußes (34) entlang der Einschubrichtung (IV) in die Aufnahme (24) ermöglicht ist. Der Schaufelfuß (34) der Gasturbinenschaufel (14) wird entlang der Einschubrichtung (IV) in die Aufnahme (24) des Rotorgrundkörpers (16) eingeschoben, bis die erste Stirnwand (42a) des Schaufelfußes (34) am durch den umgeformten ersten Sicherungsbereich (40a) gebildeten Anschlag anliegt, wobei der Schaftbereich (38) des Schaufelsicherungsblechs (26) innerhalb der Nut (36) des Schaufelfußes (34) angeordnet wird und diese ausfüllt, wenn die erste Stirnwand (42a) am Anschlag anliegt. Abschließend wird der zweite Sicherungsbereich (40b) des Schaufelsicherungsblechs (26) umgeformt, so dass der zweite Sicherungsbereich (40b) einen zweiten Anschlag für eine der ersten Stirnwand (42a) gegenüberliegende zweite Stirnwand (42b) des Schaufelfußes (34) bildet und der Schaufelfuß (34) in der Aufnahme (24) lagegesichert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel in einer zugeordneten Aufnahme eines Rotorgrundkörpers. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Rotor für eine Gasturbine sowie eine Gasturbine mit einem solchen Rotor.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein Schaufelsicherungsblech unterhalb eines Schaufelfußes einer Gasturbinenschaufel zwischen dem Boden des Schaufelfußes und dem Boden einer Aufnahme eines Rotorgrundkörpers anzuordnen und derart umzubiegen, dass die Gasturbinenschaufel gegen ein Verschieben relativ zum Rotorgrundkörper gesichert ist. Auf diese Weise werden mehrere Gasturbinenschaufel in entsprechenden Aufnahmen am Rotorgrundkörper befestigt, bis der resultierende Rotor vollständig beschaufelt ist. Die Gasturbinenschaufel-Rotorgrundkörper-Verbindung wird dabei auch als "Live Rim" bezeichnet. Der Rotorgrundkörper kann beispielsweise als Rotorscheibe oder als Rotorring ausgebildet sein. Alternativ ist es aus der DE 1 426 797 A1 bekannt, ein elastisches Sicherungselement mit endständigen Querstegen zu verwenden, welches in einer sich schräg zu einer Rotorgrundkörperstirnfläche hin vertiefenden Nut im Rotorgrundkörper angeordnet wird, um eine Lagesicherung der Gasturbinenschaufel zu erzielen.
  • Als nachteilig an den bekannten Verfahren und Rotoren ist der Umstand anzusehen, dass es im Betrieb einer zugeordneten Gasturbine durch ein Verkanten oder Verschieben des Schaufelsicherungsblechs zu kritischen Spannungsüberhöhungen im sogenannten Live Rim des Rotors kommen kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel in einer zugeordneten Aufnahme eines Rotorgrundkörpers zuschaffen, durch welches das Auftreten kritischer Spannungsüberhöhungen im späteren Betrieb des Rotors zuverlässig verhindert wird. Weitere Aufgaben der Erfindung sind die Bereitstellung eines entsprechenden Rotors sowie einer mit wenigstens einem solchen Rotor versehenen Gasturbine.
  • Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 sowie durch eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors und der Gasturbine anzusehen sind. Umgekehrt sind auch vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel in einer zugeordneten Aufnahme eines Rotorgrundkörpers umfasst zumindest die Schritte Bereitstellen der Gasturbinenschaufel, wobei diese in ihrem Schaufelfuß eine sich entlang des Schaufelfußes erstreckende Nut umfasst, welche die Form eines geraden Zylinders besitzt, dessen Längsachse parallel zu einer Einschubrichtung des Schaufelfußes in die Aufnahme angeordnet ist, Bereitstellen eines Schaufelsicherungsblechs, welches einen ersten Sicherungsbereich und einen zweiten Sicherungsbereich aufweist, die durch einen Schaftbereich miteinander verbunden sind, wobei der Schaftbereich die Form eines geraden Zylinders besitzt, der korrespondierend zur Nut des Schaufelfußes ausgebildet ist, Anordnen des Schaufelsicherungsblechs, so dass der Schaftbereich auf einem Boden der Aufnahme des Rotorgrundkörpers zu liegen kommt, wobei der erste Sicherungsbereich derart umgeformt wird, dass er einen ersten Anschlag für eine erste Stirnwand des Schaufelfußes bildet, und wobei der zweite Sicherungsbereich derart umgeformt wird, dass ein Einschieben des Schaufelfußes entlang der Einschubrichtung in die Aufnahme ermöglicht ist, Einschieben des Schaufelfußes der Gasturbinenschaufel entlang der Einschubrichtung in die Aufnahme des Rotorgrundkörpers bis die erste Stirnwand des Schaufelfußes am durch den umgeformten ersten Sicherungsbereich gebildeten Anschlag anliegt, wobei der Schaftbereich des Schaufelsicherungsblechs innerhalb der Nut des Schaufelfußes angeordnet wird und diese ausfüllt, wenn die erste Stirnwand am Anschlag anliegt, und Umformen des zweiten Sicherungsbereichs des Schaufelsicherungsblechs, so dass der zweite Sicherungsbereich einen zweiten Anschlag für die der ersten Stirnwand gegenüberliegende zweite Stirnwand des Schaufelfußes bildet und der Schaufelfuß in der Aufnahme lagegesichert wird. Mit anderen Worten ist es im Unterschied zum Stand der Technik vorgesehen, dass der Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel eine Nut zur vollständigen Aufnahme des Schaftbereichs des Schaufelsicherungsblechs aufweist. Sowohl die Nut als auch der Schaftbereich weisen jeweils die Form eines geraden Zylinders auf und sind miteinander korrespondierend ausgebildet. Unter einem geraden Zylinder wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper verstanden, der zwei parallele, ebene, kongruente Grundflächen und eine Mantel- bzw. Zylinderfläche aufweist, die von parallelen Geraden gebildet wird, wobei sowohl die parallelen Geraden als auch die Längsachse des Zylinders senkrecht zu den Grundflächen angeordnet sind. Die Länge des Zylinders und damit die Länge seiner Längsachse ist gegeben durch den Abstand der beiden Grundflächen. Die Grundflächen können grundsätzlich eine beliebige ebene Form aufweisen und beispielsweise quadratisch, rechteckig, kreisförmig, elliptisch etc. ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Grundflächen quadratisch bzw. rechteckig ausgestaltet, so dass der Schaftbereich in diesem Fall die Form eines Parallelepipeds bzw. eines Quaders aufweist. Sowohl die Nut als auch der Schaftbereich sind damit frei von lokalen Erhebungen, Vertiefungen, Schrägen oder dergleichen ausgebildet. Zumindest während der Montage bzw. im montierten Zustand verlaufen sowohl die Längsachse des Schaftbereichs als auch die Längsachse der Nut parallel zu einer Einschubrichtung bzw. einem Einschubvektor des Schaufelfußes in die zugeordnete Aufnahme, wodurch ein einfaches, lineares Einschieben des Schaufelfußes in die mit dem Schaufelsicherungsblech bestückte Aufnahme ermöglicht ist. Es versteht sich, dass auf das Umformen des zweiten Sicherungsbereichs grundsätzlich verzichtet werden kann, wenn das Einschieben des Schaufelfußes entlang der Einschubrichtung in die Aufnahme auch ohne Umformen des zweiten Sicherungsbereichs möglicht ist. Da der Schaftbereich des Schaufelsicherungsblechs bei montierter Gasturbinenschaufel die Nut des Schaufelfußes ausfüllt und da die Sicherungsbereiche des Schaufelsicherungsblechs an den einander gegenüberliegenden Stirnwänden des Schaufelfußes anliegen, liegt eine eindeutige Positionierung des Schaufelsicherungsblechs innerhalb der Nut des Schaufelfußes sowie innerhalb der Aufnahme vor, so dass ein Verkanten oder Verschieben des Schaufelsicherungsblechs relativ zur Aufnahme oder relativ zur Gasturbinenschaufel im späteren Betrieb einer zugeordneten Gasturbine verunmöglicht ist. Somit sind auch kritische Spannungsüberhöhungen im Live Rim-Bereich des fertigen Rotors ausgeschlossen. Darüber hinaus kann die Gasturbinenschaufel mit Hilfe eines einzigen weiteren Bauteils, nämlich dem Schaufelsicherungsblech, am Rotorgrundkörper befestigt werden. Weitere Bauteile sind nicht erforderlich. Schließlich verringert das bereichsweise in der Nut aufgenommene Schaufelsicherungsblech auch den Leckagequerschnitt im Bereich der Gasturbinenschaufel-Rotorgrundkörper-Verbindung. Die Demontage der Gasturbinenschaufel kann grundsätzlich in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nut im Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel durch Auftragen und/oder Abtragen von Schaufelmaterial erzeugt wird. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, um die Nut im Schaufelfuß zu erzeugen. Darüber hinaus können hierdurch auch bestehende Gasturbinenschaufeln, die noch keine Nut in ihrem Schaufelfuß aufweisen, mit einer Nut ausgestattet und im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn die Nut durch Auftragen von Schaufelmaterial erzeugt wird, wird der Schaufelfuß radial nach innen vergrößert. Dies hat den Vorteil, dass der geometrische Durchtrittsquerschnitt im Nutgrund der Aufnahme vorteilhaft reduziert wird, wodurch im Betrieb der zugeordneten Gasturbine eine Verringerung von Leckageströmungen und eine entsprechende Effizienzsteigerung der Gasturbine erzielt werden. Das Schaufelsicherungsblech dient dabei vorteilhaft sowohl zur Lagesicherung der Gasturbinenschaufel, als auch zur Abdichtung der Aufnahme.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, indem wenigstens eine Kante im Bereich der Nut des Schaufelfußes vor dem Anordnen des Schaftbereichs des Schaufelsicherungsblechs innerhalb der Nut abgerundet wird. Mit anderen Worten wird eine Gasturbinenschaufel verwendet, welche zumindest im Nutbereich keine scharfen Kanten aufweist. Durch das Fehlen von scharfen Kanten im Bereich des Schaufelfußes und damit des in der Nut angeordneten Schaufelsicherungsblechs wird ein Ausbrechen oder Einreißen von Material des Schaufelfußes, des Schaufelsicherungsblechs und/oder der Aufnahme zuverlässig verhindert.
  • Indem in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Gasturbinenschaufel bereitgestellt wird, deren Schaufelfuß wenigstens einen Schwalbenschwanzabschnitt und/oder wenigstens einen Tannenbaumabschnitt aufweist, kann eine mechanisch besonders stabile Anbindung der Gasturbinenschaufel an den Rotorgrundkörper erzielt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel in radialer Richtung mehrere Schwalbenschwanz- und/oder Tannenbaumabschnitte aufweist.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotor für eine Gasturbine, welcher einen Rotorgrundkörper mit wenigstens einer Aufnahme umfasst, wobei in der Aufnahme ein Schaufelfuß einer zugeordneten Gasturbinenschaufel angeordnet und mittels eines Schaufelsicherungsblechs lagegesichert ist. Erfindungsgemäß ist es dabei zumindest vorgesehen, dass die Gasturbinenschaufel in ihrem Schaufelfuß eine sich entlang des Schaufelfußes erstreckende Nut umfasst, welche die Form eines geraden Zylinders besitzt, dessen Längsachse parallel zu einer Einschubrichtung des Schaufelfußes in die Aufnahme angeordnet ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Schaufelsicherungsblech einen ersten Sicherungsbereich und einen zweiten Sicherungsbereich aufweist, die durch einen Schaftbereich miteinander verbunden sind, wobei der Schaftbereich die Form eines geraden Zylinders besitzt, der korrespondierend zur Nut des Schaufelfußes ausgebildet ist. Schließlich ist das Schaufelsicherungsblech derart in der Aufnahme angeordnet, dass sein Schaftbereich innerhalb der Nut des Schaufelfußes angeordnet ist und diese ausfüllt, wobei der erste Sicherungsbereich derart umgeformt ist, dass er einen ersten Anschlag für eine erste Stirnwand des Schaufelfußes bildet, und wobei der zweite Sicherungsbereich derart umgeformt ist, dass der zweite Sicherungsbereich einen zweiten Anschlag für eine der ersten Stirnwand gegenüberliegende zweite Stirnwand des Schaufelfußes bildet. Hierdurch werden bei dem erfindungsgemäßen Rotor kritische Spannungsüberhöhungen im Live Rim des Rotorgrundkörpers verhindert, da das Schaufelsicherungsblech eindeutig positioniert ist und sich nicht innerhalb der Nut im Schaufelfuß verkanten kann. Der Rotorgrundkörper kann beispielsweise als Rotorscheibe oder Rotorring ausgebildet sein. Weitere sich ergebende Vorteile und deren Merkmale sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung füllen der Schaufelfuß und der Schaftbereich des Schaufelsicherungsblechs die Aufnahme des Rotorgrundkörpers zumindest annähernd vollständig aus. Hierdurch ist ein geometrisch besonders kleiner Leckagequerschnitt im Nutgrund der Gasturbinenschaufel-Rotorgrundkörper-Verbindung vorhanden, wodurch die Effizienz einer mit dem erfindungsgemäßen Rotor ausgestatteten Gasturbine vorteilhaft gesteigert wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Schaftbereich des Schaufelsicherungsblechs komplementär zur Nut des Schaufelfußes ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Geometrie des Schaftbereichs exakt der Geometrie der Nut entspricht, so dass der Schaftbereich einerseits vollständig innerhalb der Nut angeordnet ist und diese andererseits auch vollständig ausfüllt.
  • Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel zumindest im Bereich seiner Nut kantenfrei ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Schaufelfuß zumindest im Bereich seiner Nut nicht scharfkantig ausgebildet ist, wodurch ein Ausbrechen oder Anreißen von Material während des Betriebs des Rotors besonders zuverlässig verhindert wird.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere ein Flugzeugtriebwerk, mit wenigstens einem Rotor, der einen Rotorgrundkörper mit wenigstens einer Aufnahme, in welcher ein Schaufelfuß einer zugeordneten Gasturbinenschaufel angeordnet und mittels eines Schaufelsicherungsblechs lagegesichert ist, umfasst. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die Gasturbinenschaufel mittels eines Verfahrens gemäß dem ersten Erfindungsaspekt in der Aufnahme des Rotorgrundkörpers montiert ist und/oder dass der Rotor gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten bzw. des zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    einen schematischen Ausschnitt einer Gasturbine, wobei ein Teil eines Rotors erkennbar ist;
    Fig. 2
    einen schematischen Querschnitt eines Schaufelfußes einer konventionellen Gasturbinenschaufel, die in einer Aufnahme eines Rotorgrundkörpers angeordnet ist;
    Fig. 3
    einen schematischen Querschnitt eines Schaufelfußes einer Gasturbinenschaufel, die mit Hilfe eines in einer Nut des Schaufelfußes angeordneten Schaufelsicherungsblechs in einer Aufnahme eines Rotorgrundkörpers montiert ist;
    Fig. 4
    einen schematischen Längsschnitt des in Fig. 3 gezeigten Schaufelfußes und Schaufelsicherungsblechs;
    Fig. 5
    eine schematische Frontalansicht des in Fig. 4 gezeigten Details V-V;
    Fig. 6
    eine schematische Frontalansicht des in Fig. 5 gezeigten Details VI; und
    Fig. 7
    eine schematische Frontalansicht des in Fig. 6 gezeigten Details VII.
  • Fig. 1 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer vorliegend als Flugzeugtriebwerk ausgebildeten Gasturbine 10, deren grundlegender Aufbau als solcher bekannt ist. Man erkennt einen Teil eines scheibenförmigen Rotors 12, welcher einen mit mehreren konventionellen Gasturbinenschaufeln 14 versehenen Rotorgrundkörper 16 umfasst. Jede Gasturbinenschaufel 14 weist in an sich bekannter Weise ein Schaufelblatt 18, eine radial darunter liegende Schaufelplattform 20 sowie einen radial darunter liegenden Schaufelfuß 22 auf. Eine vergrößerte Darstellung des Bereichs des Schaufelfußes 22 ist in Fig. 2 als schematischer Querschnitt abgebildet. Man erkennt, dass der Schaufelfuß 22 der konventionellen Gasturbinenschaufel 14 als sogenannter Schwalbenschwanzfuß ausgebildet und in einer zugeordneten Aufnahme 24 des Rotorgrundkörpers 16 angeordnet ist. Die Kontur der Aufnahme 24 korrespondiert dabei weitgehend mit der Außenkontur des Schaufelfußes 22. Die gezeigte Schaufel-Scheibe-Verbindung wird auch als "Live Rim" bezeichnet. Unterhalb des Schaufelfußes 22 befindet sich zwischen dem Schaufelfuß 22 und dem Boden der Aufnahme 24 ein Schaufelsicherungsblech 26, welches auch als "Blade Retainer" bezeichnet wird. Man erkennt unterhalb und seitlich des Schaufelsicherungsblechs mit Pfeilen II kenntlich gemachte Hohlräume, die während des Betriebs der Gasturbine 10 signifikante Leckageströmungen durch die Aufnahme 24 ermöglichen. Aufgrund der Hohlräume ist die relative Position des Schaufelsicherungsblechs 26 sowohl bezüglich des Schaufelfußes 22 als auch bezüglich der Aufnahme 24 nicht eindeutig definiert und vergleichsweise geringen Zwangsbedingung unterworfen. Daher kann es im Betrieb der Gasturbine 10 durch Verrutschen oder Verkanten des Schaufelsicherungsblechs 26 zu kritischen Spannungsüberhöhungen im Live Rim-Bereich des Rotors 12 kommen. Wie man in Fig. 1 weiterhin erkennt, befinden sich stromauf und stromab des Rotors 12 ebenfalls an sich bekannte Leitschaufelsegmente 28, die über Dichtungselemente 30 gegenüber den mit dem Rotor 12 verbundenen Trommeln 32 abgedichtet sind. Die Dichtungselemente 30 können beispielsweise als Honigwabendichtungen ausgebildet sein.
  • Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schaufelfußes 34 einer Gasturbinenschaufel 14 und wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 4 erläutert werden, welche einen schematischen Längsschnitt des in Fig. 3 gezeigten Schaufelfußes 34 und Schaufelsicherungsblechs 26 zeigt. Man erkennt, dass der Schaufelfuß 34 eine Nut 36 umfasst, in welcher ein Schaftbereich 38 des Schaufelsicherungsblechs 26 angeordnet ist. Zur Ausbildung der Nut 36 ist der Schaufelfuß 34 im Bereich des Nutgrundes der Schaufel-Scheiben-Verbindung (Live Rim) durch Materialauftrag radial nach innen vergrößert. Dies ist mit den Pfeilen III symbolisiert. Durch den Materialauftrag wird einerseits die Nut 36 ausgebildet, andererseits werden die in Fig. 2 gezeigten seitlichen Hohlräume II verschlossen, so dass im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen lediglich der radial untere Hohlraum II als mögliche Leckagestelle verbleibt.
  • Zur Montage der mit dem erfindungsgemäßen Schaufelfuß 34 versehenen Gasturbinenschaufel 14 wird zunächst das Schaufelsicherungsblech 26 auf dem Boden der Aufnahme 24 gelegt, so dass sich der Schaftbereich 38 durch die Aufnahme 24 erstreckt. Vorher oder anschließend wird ein erster Sicherungsbereich 40a radial nach oben gebogen, um einen Anschlag für eine erste Stirnwand 42a des Schaufelfußes 34 zu bilden. Wie man in Fig. 4 erkennt, wird der über den Schaftbereich 38 mit dem ersten Sicherungsbereich 40a verbundene zweite Sicherungsbereich 40b - falls erforderlich - radial leicht nach unten gebogen, um ein Einschieben des Schaufelfußes 34 in der mit Pfeil IV symbolisierten Einschubrichtung zu ermöglichen. Der Schaufelfuß 34 der Gasturbinenschaufel 14 wird dabei entlang der Einschubrichtung IV in die Aufnahme 24 des Rotorgrundkörpers 16 eingeschoben, bis seine erste Stirnwand 42a am durch den umgeformten ersten Sicherungsbereich 40a gebildeten Anschlag anliegt. Man erkennt, dass in dieser Endstellung des Schaufelfußes 34 der Schaftbereich 38 des Schaufelsicherungsblechs 26 vollständig innerhalb der Nut 36 des Schaufelfußes 34 angeordnet ist und diese ausfüllt. Wie man in Fig. 4 weiterhin erkennt, sind sowohl die Nut 36 als auch der Schaftbereich 38 frei von Erhebungen, Vertiefungen, Schrägen und dergleichen ausgebildet.
  • Insbesondere in Fig. 5, welche eine schematische Frontalansicht des in Fig. 4 gezeigten Details V-V zeigt, erkennt man, dass sowohl die Nut 36 als auch der Schaftbereich 38 jeweils die Form eines geraden Zylinders besitzen, dessen Längsachse L während des Einschiebens und in der in Fig. 4 gezeigten Endstellung des Schaufelfußes 34 parallel zur Einschubrichtung IV verläuft. Im vorliegenden Fall sind die geraden Zylinder beispielhaft als Quader ausgebildet, wobei der Schaftbereich 38 komplementär zur Nut 36 ausgebildet ist. Zum abschließenden Lagesichern des Schaufelfußes 34 in der Aufnahme 24 wird nach Erreichen der in Fig. 4 gezeigten End- oder Montagestellung auch der zweite Sicherungsbereich 40b des Schaufelsicherungsblechs 26 analog zum ersten Sicherungsbereich 40b radial nach oben gebogen, so dass der zweite Sicherungsbereich 40b einen zweiten Anschlag für die zweite Stirnwand 42b des Schaufelfußes 34 bildet und der Schaufelfuß 34 damit in der Aufnahme 24 lagegesichert ist.
  • Die Sicherungsbereiche 40a, 40b sind im gezeigten Ausführungsbeispiel T-förmig bzw. als Rückhaltelaschen ausgebildet. Grundsätzlich können jedoch auch andere Geometrien vorgesehen sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sicherungsbereiche 40a, 40b unterschiedlich ausgebildet sind.
  • Um eine Beschädigung des Schaufelsicherungsblechs 26 oder des Schaufelfußes 34 sowohl während der Montage bzw. Demontage als auch während des Betriebs der zugeordneten Gasturbine 10 zu vermeiden, ist der Schaufelfuß 34 insbesondere im Bereich seiner Nut 36 frei von scharfen Kanten und dergleichen ausgebildet, um ein Ausbrechen oder Einreißen von Material zu verhindern. Scharfen Kanten können beispielsweise bei der Herstellung der Nut 36 am Schaufelfuß 34 entstehen. Solche scharfen Kanten werden daher vorzugsweise abgerundet. Fig. 6 zeigt hierzu eine schematische Frontalansicht des in Fig. 5 gezeigten Details VI, während Fig. 7 eine schematische Frontalansicht des in Fig. 6 gezeigten Details VII zeigt. Man erkennt, dass der Schaufelfuß 34 frei von scharfen Kanten ausgebildet ist und - soweit möglich - runde bzw. abgerundete Flächen und Flächenübergänge besitzt.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Montieren einer Gasturbinenschaufel (14) in einer zugeordneten Aufnahme (24) eines Rotorgrundkörpers (16), folgende Schritte umfassend:
    - Bereitstellen der Gasturbinenschaufel (14), wobei diese in ihrem Schaufelfuß (34) eine sich entlang des Schaufelfußes (34) erstreckende Nut (36) umfasst, welche die Form eines geraden Zylinders besitzt, dessen Längsachse (L) parallel zu einer Einschubrichtung (IV) des Schaufelfußes (34) in die Aufnahme (24) angeordnet ist;
    - Bereitstellen eines Schaufelsicherungsblechs (26), welches einen ersten Sicherungsbereich (40a) und einen zweiten Sicherungsbereich (40b) aufweist, die durch einen Schaftbereich (38) miteinander verbunden sind, wobei der Schaftbereich (38) die Form eines geraden Zylinders besitzt, der korrespondierend zur Nut (36) des Schaufelfußes (34) ausgebildet ist;
    - Anordnen des Schaufelsicherungsblechs (26), so dass der Schaftbereich (38) auf einem Boden der Aufnahme (24) des Rotorgrundkörpers (16) zu liegen kommt, wobei der erste Sicherungsbereich (40a) derart umgeformt wird, dass er einen ersten Anschlag für eine erste Stirnwand (42a) des Schaufelfußes (34) bildet, und wobei der zweite Sicherungsbereich (40b) derart umgeformt wird, dass ein Einschieben des Schaufelfußes (34) entlang der Einschubrichtung (IV) in die Aufnahme (24) ermöglicht ist;
    - Einschieben des Schaufelfußes (34) der Gasturbinenschaufel (14) entlang der Einschubrichtung (IV) in die Aufnahme (24) des Rotorgrundkörpers (16) bis die erste Stirnwand (42a) des Schaufelfußes (34) am durch den umgeformten ersten Sicherungsbereich (40a) gebildeten Anschlag anliegt, wobei der Schaftbereich (38) des Schaufelsicherungsblechs (26) innerhalb der Nut (36) des Schaufelfußes (34) angeordnet wird und diese ausfüllt, wenn die erste Stirnwand (42a) am Anschlag anliegt; und
    - Umformen des zweiten Sicherungsbereichs (40b) des Schaufelsicherungsblechs (26), so dass der zweite Sicherungsbereich (40b) einen zweiten Anschlag für eine der ersten Stirnwand (42a) gegenüberliegende zweite Stirnwand (42b) des Schaufelfußes (34) bildet und der Schaufelfuß (34) in der Aufnahme (24) lagegesichert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nut (36) im Schaufelfuß (34) der Gasturbinenschaufel (14) durch Auftragen und/oder Abtragen von Schaufelmaterial erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine Kante im Bereich der Nut (36) des Schaufelfußes (34) vor dem Anordnen des Schaftbereichs (38) des Schaufelsicherungsblechs (26) innerhalb der Nut (36) abgerundet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Gasturbinenschaufel (14) bereitgestellt wird, deren Schaufelfuß (34) wenigstens einen Schwalbenschwanzabschnitt und/oder wenigstens einen Tannenbaumabschnitt aufweist.
  5. Rotor (12) für eine Gasturbine (10), mit einem Rotorgrundkörper (16), welcher wenigstens eine Aufnahme (24) umfasst, in welcher ein Schaufelfuß (22, 34) einer zugeordneten Gasturbinenschaufel (14) angeordnet und mittels eines Schaufelsicherungsblechs (26) lagegesichert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Gasturbinenschaufel (14) in ihrem Schaufelfuß (34) eine sich entlang des Schaufelfußes (34) erstreckende Nut (36) umfasst, welche die Form eines geraden Zylinders besitzt, dessen Längsachse (L) parallel zu einer Einschubrichtung (IV) des Schaufelfußes (34) in die Aufnahme (24) angeordnet ist;
    - das Schaufelsicherungsblech (26) einen ersten Sicherungsbereich (40a) und einen zweiten Sicherungsbereich (40b) aufweist, die durch einen Schaftbereich (38) miteinander verbunden sind, wobei der Schaftbereich (38) die Form eines geraden Zylinders besitzt, der korrespondierend zur Nut (36) des Schaufelfußes (34) ausgebildet ist;
    - das Schaufelsicherungsblech (26) derart in der Aufnahme (24) angeordnet ist, dass sein Schaftbereich (38) innerhalb der Nut (36) des Schaufelfußes (34) angeordnet ist und diese ausfüllt, wobei der erste Sicherungsbereich (40a) derart umgeformt ist, dass er einen ersten Anschlag für eine erste Stirnwand (42a) des Schaufelfußes (34) bildet, und wobei der zweite Sicherungsbereich (40b) derart umgeformt ist, dass der zweite Sicherungsbereich (40b) einen zweiten Anschlag für eine der ersten Stirnwand (42a) gegenüberliegende zweite Stirnwand (42b) des Schaufelfußes (34) bildet.
  6. Rotor (12) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (34) und der Schaftbereich (38) des Schaufelsicherungsblechs (26) die Aufnahme (24) des Rotorgrundkörpers (16) zumindest annähernd vollständig ausfüllen und/oder dass der Schaftbereich (28) des Schaufelsicherungsblechs (26) komplementär zur Nut (36) des Schaufelfußes (34) ausgebildet ist.
  7. Rotor (12) nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (34) der Gasturbinenschaufel (14) zumindest im Bereich seiner Nut (36) kantenfrei ausgebildet ist.
  8. Gasturbine (10), insbesondere Flugzeugtriebwerk, mit wenigstens einem Rotor (12), der einen Rotorgrundkörper (16) mit wenigstens einer Aufnahme (24), in welcher ein Schaufelfuß (22, 34) einer zugeordneten Gasturbinenschaufel (14) angeordnet und mittels eines Schaufelsicherungsblechs (26) lagegesichert ist, umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gasturbinenschaufel (14) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in der Aufnahme des Rotorgrundkörpers (16) montiert ist und/oder dass der Rotor (12) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 ausgebildet ist.
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