EP3045664A1 - Rotor blade fixing for a thermal flow engine - Google Patents

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Publication number
EP3045664A1
EP3045664A1 EP15151471.8A EP15151471A EP3045664A1 EP 3045664 A1 EP3045664 A1 EP 3045664A1 EP 15151471 A EP15151471 A EP 15151471A EP 3045664 A1 EP3045664 A1 EP 3045664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
rotor
support
flanks
mid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15151471.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albrecht Rieger
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP15151471.8A priority Critical patent/EP3045664A1/en
Publication of EP3045664A1 publication Critical patent/EP3045664A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/70Shape

Definitions

  • the invention relates to a blade attachment for a thermal fluid machine, comprising a blade carrier as part of a rotor of the turbomachine, comprising at least one row of circumferentially distributed obliquely to a rotor axis of rotation extending holding grooves for blades, each retaining groove comprises two facing and profiled rotor side walls , Which each have at least two radially spaced rotor-supporting teeth for profiling, considered jointly in cross-section perpendicular to the rotor axis of rotation to complement a fir-tree contour of the retaining groove and each comprise a radially inwardly facing rotor supporting flank, wherein in each retaining a fir-tree-shaped blade root Blade sits, whose respective the rotor side wall facing the blade side wall in a corresponding number to the rotor support teeth blade-supporting teeth, which at its radially outwardly facing Include surface of blade support flanks, which at least come under centrifugal force to bear against the corresponding
  • At least two radially adjacent support teeth per side wall of the blade root are required to form a fir tree contour. But it is also for example from the DE 197 05 323 A1 It is known that there are four supporting teeth and thus four supporting flanks per side wall of the blade root. Usually, the distances between the support teeth of the rotor disk and the distances between the support teeth of the blade root are identical, so that under operating conditions they appear in principle evenly loaded.
  • the object of the invention is therefore to provide an alternative blade mounting described above, with a life extension is achieved by other measures than before.
  • this is constructed in such a way that that in the centrifugal force-free state in at least one retaining groove-blade pairing, but preferably in all retaining groove-blade pairings of a row, at least one side wall pairing, preferably in both side wall pairings, the radially detectable distance of the rotor support flanks is slightly smaller than the corresponding radial distance of the blade support flanks.
  • a standstill ie at a speed of zero hertz
  • a comparatively small gap may exist in at least one of the radially adjacent support flank pairings, whereas in at least one other of the radially adjacent support flank pairing no gap exists.
  • the comparatively small gaps are selected such that under operating conditions, ie when centrifugal, thermal and aerodynamic loads act on the rotor blades, they are closed, so that all bearing flanks of the retaining groove-blade pairing introduce the forces acting on the rotor blades into the rotor blade carrier can.
  • the individual proportion of the total load of each pair of support flanks is adjustable by the individual size of the gap.
  • the gap size is chosen so that the load distribution in the different rotor flutes, which adjoin radially further inward on the rotor support teeth, are balanced to the extent that all reach approximately the same level. The same applies, of course, to the different blade fillets of the blade root, which adjoin the respective blade carrying flanks radially further outside.
  • the uneven load levels in the different rotor flutes and the uneven load levels in the different blade flutes are respectively equalized and reduced to an overall lower level, which reduces localized overload.
  • the life of the blade root and also of the blade carrier can be further improved or, in the case of heavier blade use, maintained.
  • this embodiment can improve the vibration behavior of the blade even during startup of the turbomachine, since the blades then swing around the defined clamping point - the gap-free Tragflankenpaagings - which prevents swinging of the blade with a non-permitted natural frequency.
  • the support flanks are designed in a straight line when viewed in cross-section and in each case enclose an angle with the radial direction which, for all support flanks, is at least one retaining-groove-blade pairing.
  • all retaining groove-blade pairings is identical.
  • the gap according to the invention in at least one pair of support flanks of a blade root is relatively small. So it may be that the distance between the blade support flanks, for example, 50 mm and the distance of the respective rotor support flanks, however, is reduced by only a few hundredths of a mm. Since usually the blade roots and in particular their support flanks are manufactured with an accuracy of up to one or two hundredths of a millimeter, the nominal gap according to the invention is on the order of about 0.05 mm. With a blade-support edge distance of 50 mm, the nominal dimension for the support-edge spacing of the retaining groove designed according to the invention would thus have a value of 49.95 mm.
  • the invention thus relates to a blade mounting for a thermal turbomachine, comprising a blade carrier with blades arranged thereon, which are fastened via known fir-tree-shaped form fit on the blade carrier in correspondingly shaped retaining grooves.
  • the Christmas tree contour of the retaining groove and the Christmas tree contour of the blade root are coordinated so that at least one pairing is without gaps in the centrifugal force state with radially adjacent pairs of support flanks and at least one of the pairings of Supporting flanks are the support flanks of the respective pairs under a gap opposite, but the gap dimension is chosen so that under centrifugal force at all TragflankenPaarungen the respective support flanks are gap-free and thus load-bearing in contact.
  • FIG. 1 shows a blade attachment 10 for a thermal turbomachine.
  • the thermal turbomachine can be designed for example as a gas turbine or as a steam turbine.
  • the blade attachment comprises a blade carrier 12 which is configured, for example, as a rotor disk in gas turbines; in steam turbines, the rotors and thus the blade carriers are usually designed as welded drums.
  • the blade carriers 12 are part of the rotor of said turbomachines.
  • the blade carrier is rotatably mounted about a rotor axis of rotation 14.
  • retaining grooves 18 are arranged at equal intervals, of which two are shown in the illustrated embodiment.
  • the retaining grooves 18 have a contour which may be referred to as a fir tree shape.
  • the blades 22 furthermore each have a blade neck 24, a platform 26 arranged transversely thereto, and an airfoil 25, which is only partly shown here.
  • the blade 25 is aerodynamically profiled in a known manner and serves to deflect a hot gas or working medium of the turbomachine so as to produce the flow Working medium contained energy into the rotational movement of the blade carrier 12 and thus convert the rotor.
  • the platforms 26 are generally used to limit the flow path of the working medium.
  • FIG. 2 shows one of the retaining grooves 18 of the blade attachment 10 in a perspective view in detail.
  • the retaining groove 18 essentially comprises two mutually facing, profiled side walls, which are referred to below as rotor side walls 30. Both rotor side walls 30 are connected to each other via a groove bottom 32.
  • each rotor side wall 30 comprises supporting teeth, at least two supporting teeth having to be present for forming a fir-tree-shaped contour per rotor side wall 30.
  • three supporting teeth are present, which are subsequently referred to below as rotor-supporting teeth 34 due to their affiliation to the blade carrier 12.
  • each rotor side wall 30 are thus three rotor support teeth 34 which are arranged with respect to the rotor axis of rotation 14 at different radii.
  • their reference numbers are optionally supplemented by indices below.
  • the indices are "OD”, “MID” and “ID”, which are called “outer diameter”, “Mediate Diameter” and “Inner Diameter” can be understood.
  • Each of the rotor support teeth 34 has a radially inwardly facing support flank, which is also referred to below as the rotor support flank 36.
  • the rotor support flanks 36 are also individually identified as needed with the above-mentioned indices.
  • the rotor support flanks 36 are configured in a straight line in cross-section perpendicular to the rotor axis of rotation 14, so that they comprise a flat surface as a three-dimensional element, on which the blade root 20 can come into abutment.
  • each rotor sidewall 30 two distances R between the lying at different radii rotor support flanges 36.
  • a first distance R OD-MID is detected between the generally parallel aligned rotor support edges 36 OD and rotor support edges 36 MID
  • the second radial distance R OD-ID is determined between the two rotor support flanks 36 OD and 36 ID .
  • region 38 On the left-hand illustrated rotor carrying flank 36 ID , the straight-line section is designated as region 38, which is to be understood by way of example for all rotor carrying flanks 36. Both the rotor support flanks 36 and the blade support flanks 46 are each aligned in parallel for the different radii OD, MID and ID.
  • Each rotor support flank 36 merges via a radially inner adjacent rotor groove 37 into the radially further inwardly adjacent rotor support flank 36, wherein the rotor flute 37 ID for the innermost rotor support flank 36 ID leads into the groove base 32. If necessary, the reference numbers of the rotor flutes 37 also have the already mentioned indices for unambiguous identification.
  • FIG. 3 Corresponding to the retaining groove 18 shows FIG. 3 the blade root 20 of the blade 22 in a perspective view.
  • Analogous to the Christmas tree contour of the retaining groove 18 of the blade root 20 is also designed fir-tree-shaped with two opposite, non-planar, but profiled blade sidewalls 40.
  • Each blade side wall 40 is formed profiled by the presence of blade-supporting teeth 44, so that all blade-supporting teeth 44 collectively create the fir-tree-shaped contour of the blade root 20.
  • the blade support teeth 44 each have on their radially outwardly facing surfaces seen in a cross section perpendicular to the rotor axis 14 a straight line region 48, analogous to the retaining groove 18 in this application, the blade support teeth 44 and the blade support flanks 46 for individual designation optionally provided with the already mentioned indices, depending on their position with respect to the rotor axis of rotation 14.
  • the two inner blade support flanks 46 MID and 46 ID are spaced from the blade support flank 46 OD .
  • a first distance between the blade support edge 46 OD and the blade support edge 46 MID is designated by the distance S OD-MID
  • the distance of the blade support edge 46 OD to the blade support edge 46 ID is designated by the distance S OD-ID ,
  • the blade support flanks 46 are connected to each other via blade flutes 47, wherein between the two blade flutes 47 ID of the blade root 20 locally a minimal load-bearing cross-section Q of the blade root 20 is present, it also just radially outside the rotor support teeth 44 MID gives. Accordingly, there exist three locally minimum cross sections Q ID , Q MID and Q OD .
  • At least one of the two distances R of the rotor support flanks 36 is slightly smaller than the corresponding blade spacing S between the blade-carrying flanks 46 lying at the same radii.
  • blade root 20 When used in the retaining groove 18 blade root 20 is spoken in the sense of the application of a retaining groove-blade pairing 49, wherein the opposing rotor side walls 30 and blade side walls 40 is referred to as side wall pairing 50 and wherein the respective opposing rotor Support flanks 36 and blade support flanks 46 may be referred to as support flank pairing 56.
  • the pairings 49, 50, 56 are in FIG. 1 represented, in particular, the support flank pairings can each be individually identified with the already defined indices.
  • the distances R of the rotor support flanks 36 and the distances S of the blade support flanks 46 are usually manufactured to within a hundredth of a millimeter and that the difference between the distances S, R between blade support flanks 46 and rotor Support edges 36 are in the range of this order of magnitude. In other words: It applies : A . B ⁇ 1 mm ,
  • the distances S OD-MID and S OD-ID for both side wall pairings 50 are selected to be slightly larger than the distances R OD-MID and R OD-ID .
  • the blade spacings S OD-MID and S OD-ID may each be 0.08 mm larger than the associated rotor spacings R OD-MID or R OD-ID .
  • FIG. 5 shows the mechanical principle of the same embodiment, but now under centrifugal force. Due to the centrifugal and flow forces acting on the blade 22, the material of the blade 22 and in particular of the blade root 20 elastically expands, so that the support groove-blade pairing 49 designed according to the present invention has the gap existing in the centrifugal force-free state on all bearing flank pairings 56 60 MID or 60 OD has disappeared, so that the in FIG. 1 shown power flow results.
  • the reduction in local load at the specified locations, and thus the individual portion of the total load for each support pair 56, may be adjusted by the size of the individual support edge gap 60.
  • the gaps 60 are to be selected such that the stress level in the hollow-throat-like transitions between the support teeth 44 can be evened out and thus the absolute maximum amplitude can be lowered, which reduces a local overload.
  • each retaining-vane mating 49 of a blade attachment 10 it is possible for each retaining-vane mating 49 of a blade attachment 10 to have more than three radially adjacent wing pairings 56 per side wall mating 50.
  • in steam turbines are often fir trees with four or five support pairings 56 per side wall 30, 40 known and also common.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufelbefestigung (10) für eine thermische Strömungsmaschine, umfassend einen Laufschaufelträger (12) mit daran angeordneten Laufschaufeln (22), die über bekannte tannenbaumförmige Formschlüsse am Laufschaufelträger (12) in entsprechend geformten Haltenuten (18) befestigt sind. Um eine Laufschaufelbefestigung (10) mit verlängerter Lebensdauer angegeben werden, wird vorgeschlagen, dass die Tannenbaumkontur der Haltenut (18) und die Tannenbaumkontur des Laufschaufelfußes (20) derart aufeinander abgestimmt sind, dass bei radial benachbarten Paarungen (56) von Tragflanken (36, 46) zumindest eine Paarung (56 ID ) spaltfrei aneinanderliegt und bei zumindest eine der Paarungen (56) von Tragflanken (36, 46) die Tragflanken (36, 46) im fliehkraftlosen Zustand unter einem Spalt (60 ID ) gegenüberliegen, der jedoch nur so groß gewählt ist, dass unter Fliehkrafteinwirkung bei allen Tragflanken-Paarungen (56) die jeweiligen Tragflanken (36, 46) spaltfrei in Kontakt sind.The invention relates to a blade attachment (10) for a thermal turbomachine, comprising a blade carrier (12) having blades (22) disposed thereon and secured to the blade carrier (12) in correspondingly shaped retaining grooves (18) via known fir tree shaped shutters. In order to specify a blade attachment (10) with a prolonged service life, it is proposed that the fir tree contour of the retaining groove (18) and the fir tree contour of the blade root (20) are matched to one another in such a way that with radially adjacent pairs (56) of support flanks (36, 46 ) at least one mating (56 ID) butted against each other and at least one of the pairings (56) of support flanks (36, 46) the support flanks (36, 46) in the centrifugal state under a gap (60 ID) are opposite, but only as large is selected that under centrifugal force on all support flank pairings (56), the respective support flanks (36, 46) are in gap contact.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laufschaufelbefestigung für eine thermische Strömungsmaschine, umfassend einen Laufschaufelträger als Teil eines Rotors der Strömungsmaschine, mit zumindest einer Reihe von umfangsmäßig verteilten, sich schräg zu einer Rotordrehachse erstreckenden Haltenuten für Laufschaufeln, wobei jede Haltenut zwei einander zugewandte und profilierte Rotor-Seitenwände umfasst, die zur Profilierung jeweils zumindest zwei radial beabstandete Rotor-Tragzähne aufweisen, die gemeinschaftlich im Querschnitt senkrecht zur Rotordrehachse betrachtet sich zu einer tannenbaumförmigen Kontur der Haltenut ergänzen und jeweils eine radial nach innen weisende Rotor-Tragflanke umfassen, wobei in jeder Haltenut ein tannenbaumförmiger Schaufelfuß einer Laufschaufel sitzt, dessen jeweilige der jeweiligen Rotor-Seitenwand zugewandte Schaufel-Seitenwand in korrespondierender Anzahl zu den Rotor-Tragzähnen Schaufel-Tragzähne aufweisen, die an ihrer radial nach außen weisenden Fläche Schaufel-Tragflanken umfassen, die zumindest unter Fliehkrafteinwirkung zur Anlage an den entsprechenden Rotor-Tragflanken gelangen.The invention relates to a blade attachment for a thermal fluid machine, comprising a blade carrier as part of a rotor of the turbomachine, comprising at least one row of circumferentially distributed obliquely to a rotor axis of rotation extending holding grooves for blades, each retaining groove comprises two facing and profiled rotor side walls , Which each have at least two radially spaced rotor-supporting teeth for profiling, considered jointly in cross-section perpendicular to the rotor axis of rotation to complement a fir-tree contour of the retaining groove and each comprise a radially inwardly facing rotor supporting flank, wherein in each retaining a fir-tree-shaped blade root Blade sits, whose respective the rotor side wall facing the blade side wall in a corresponding number to the rotor support teeth blade-supporting teeth, which at its radially outwardly facing Include surface of blade support flanks, which at least come under centrifugal force to bear against the corresponding rotor support flanks.

Im Stand der Technik ist die eingangs beschriebene Befestigung von Laufschaufeln an Rotorscheiben eines Rotors bestens bekannt. Bekanntermaßen sitzen die eine Tannenbaumform mit mehreren Tragflanken aufweisenden Schaufelfüße in dazu korrespondierend ausgeführten Haltenuten der Rotorscheibe, so dass letztere die aufgrund des Betriebs auf die Laufschaufel wirkenden Fliehkräfte dauerhaft und zuverlässig aufnehmen können. Prinzipiell werden dabei nicht die Tragzähne insgesamt gezählt, sondern nur die radial zueinander benachbarten Tragzähne, so dass aufgrund der häufig gegebenen Symmetrie der Schaufelfüße jede profilierte Seitenwand des Schaufelfußes in entsprechender Anzahl Tragflanken und Tragzähne aufweist.In the prior art, the attachment of rotor blades to rotor disks of a rotor described in the introduction is well known. As is known, the one Tannenbaumform sitting with several supporting flanks having blade roots in correspondingly designed retaining grooves of the rotor disk, so that the latter can take the centrifugal forces acting on the blade due to the operation permanently and reliably. In principle, not the supporting teeth are counted in total, but only the radially adjacent supporting teeth, so that due to the frequently given symmetry of the blade roots each profiled side wall of the blade root has a corresponding number of support flanks and supporting teeth.

Zur Bildung einer Tannenbaumkontur sind somit zumindest zwei radial benachbarte Tragzähne je Seitenwand des Schaufelfußes erforderlich. So ist es aber beispielsweise auch aus der DE 197 05 323 A1 bekannt, dass je Seitenwand des Schaufelfußes vier Tragzähne und somit vier Tragflanken vorhanden sind. Üblicherweise sind dabei die Abstände zwischen den Tragzähnen der Rotorscheibe und die Abstände zwischen den Tragzähnen des Schaufelfußes identisch, so dass unter Betriebsbedingungen diese prinzipiell gleichmäßig belastet erscheinen.Thus, at least two radially adjacent support teeth per side wall of the blade root are required to form a fir tree contour. But it is also for example from the DE 197 05 323 A1 It is known that there are four supporting teeth and thus four supporting flanks per side wall of the blade root. Usually, the distances between the support teeth of the rotor disk and the distances between the support teeth of the blade root are identical, so that under operating conditions they appear in principle evenly loaded.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Belastungen der auf unterschiedlichen Radien angeordneten Tragzähne der Rotorscheibe ungleich verteilt sind. Um dann eine gewünschte maximale Lebensdauer der Bauteile gewährleisten zu können wurden bisher diese höher belasteten Bereiche massiver ausgestaltet. Dies führte zu einer raumgreifenden Ausgestaltung.However, it has been shown that the loads of the arranged on different radii supporting teeth of the rotor disc are unevenly distributed. In order to be able to ensure a desired maximum life of the components, these higher-load areas have been made more massive so far. This led to a spacious design.

Des Weiteren besteht das Bedürfnis, bisher existierende Strömungsmaschinen mit neu gestalteten Turbinenschaufeln ausrüsten zu können, die hinsichtlich Wirkungsgrad und Leistung weiter verbessert sind, die aber keine Mehrbelastung des Rotors hervorrufen, die dessen Lebensdauer verringert.Furthermore, there is a need to be able to equip previously existing turbomachinery with newly designed turbine blades, which are further improved in terms of efficiency and performance, but cause no additional load of the rotor, which reduces its life.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer alternativen eingangs beschriebenen Laufschaufelbefestigung, mit der eine Lebensdauerverlängerung durch andere Maßnahmen als bisher erreicht wird.The object of the invention is therefore to provide an alternative blade mounting described above, with a life extension is achieved by other measures than before.

Die auf die Erfindung gerichtete Aufgabe wird durch eine Laufschaufelbefestigung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben, die in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können.The object directed to the invention is achieved by a blade attachment according to the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims, which can be combined with one another in any desired manner.

Gemäß der Erfindung wird für die eingangs genannte Laufschaufelbefestigung vorgeschlagen, dass diese so konstruiert ist, dass im fliehkraftlosen Zustand bei zumindest einer Haltenut-Schaufel-Paarung, vorzugsweise jedoch bei allen Haltenut-Schaufel-Paarungen einer Reihe, zumindest eine Seitenwand-Paarung, vorzugsweise bei beiden Seitenwand-Paarungen, der radial erfassbare Abstand der Rotor-Tragflanken geringfügig kleiner ist als der korrespondierende radiale Abstand der Schaufel-Tragflanken. Das bedeutet, dass im Stillstand, also bei einer Drehzahl von Null Hertz, bei zumindest einer der radial benachbarten Tragflanken-Paarungen ein vergleichsweise kleiner Spalt existieren kann, wohingegen bei zumindest einer anderen der radial benachbarten Tragflanken-Paarung kein Spalt existiert.According to the invention, it is proposed for the blade attachment mentioned at the outset that this is constructed in such a way that that in the centrifugal force-free state in at least one retaining groove-blade pairing, but preferably in all retaining groove-blade pairings of a row, at least one side wall pairing, preferably in both side wall pairings, the radially detectable distance of the rotor support flanks is slightly smaller than the corresponding radial distance of the blade support flanks. This means that at a standstill, ie at a speed of zero hertz, a comparatively small gap may exist in at least one of the radially adjacent support flank pairings, whereas in at least one other of the radially adjacent support flank pairing no gap exists.

Dabei sind die vergleichsweise kleinen Spalte so gewählt, dass unter Betriebsbedingungen, wenn also zentrifugale, thermische sowie aerodynamische Belastungen auf die Laufschaufeln einwirken, diese geschlossen werden, so dass alle Tragflanken der Haltenut-Schaufel-Paarung die auf die Laufschaufeln wirkenden Kräfte in den Laufschaufelträger einleiten können. Der individuelle Anteil von der Gesamtbelastung jeder Tragflanken-Paarung ist durch die individuelle Größe des Spalts anpassbar. Erfindungsgemäß wird die Spaltgröße so gewählt, dass die Lastverteilung in den unterschiedlichen Rotor-Hohlkehlen, welche sich an den Rotor-Tragzähnen radial weiter innen anschließen, soweit ausgeglichen sind, dass alle in etwa das gleiche Niveau erreichen. Gleiches gilt selbstverständlich für die unterschiedlichen Schaufel-Hohlkehlen des Schaufelfußes, welche sich an die betreffenden Schaufel-Tragflanken radial weiter außen anschließen. Unter Anwendung dieses Prinzips werden die ungleichmäßigen Lastniveaus in den unterschiedlichen Rotor-Hohlkehlen und die ungleichmäßigen Lastniveaus in den unterschiedlichen Schaufel-Hohlkehlen jeweils vergleichmäßigt und auf ein insgesamt geringeres Niveau reduziert, was lokale Überbelastung verringert. Durch die Verringerung der maximalen auftretenden Belastung kann die Lebensdauer des Schaufelfußes und auch des Laufschaufelträgers weiter verbessert oder, im Falle der Verwendung von schwereren Laufschaufeln, aufrechterhalten werden.In this case, the comparatively small gaps are selected such that under operating conditions, ie when centrifugal, thermal and aerodynamic loads act on the rotor blades, they are closed, so that all bearing flanks of the retaining groove-blade pairing introduce the forces acting on the rotor blades into the rotor blade carrier can. The individual proportion of the total load of each pair of support flanks is adjustable by the individual size of the gap. According to the invention, the gap size is chosen so that the load distribution in the different rotor flutes, which adjoin radially further inward on the rotor support teeth, are balanced to the extent that all reach approximately the same level. The same applies, of course, to the different blade fillets of the blade root, which adjoin the respective blade carrying flanks radially further outside. Using this principle, the uneven load levels in the different rotor flutes and the uneven load levels in the different blade flutes are respectively equalized and reduced to an overall lower level, which reduces localized overload. By reducing the maximum load occurring, the life of the blade root and also of the blade carrier can be further improved or, in the case of heavier blade use, maintained.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Besonders bevorzugt ist diejenige Ausgestaltung, bei der je Seitenwand zumindest drei Tragzähne vorgesehen sind und die Abstände zwischen den beiden äußeren Rotor-Tragflanken der beiden Haltenut-Seitenwände genauso groß ist wie die Abstände zwischen den beiden äußeren Schaufel-Tragflanken und bei der für jede Haltenut-Seitenwand der Abstand zwischen den beiden inneren Rotor-Tragflanken jeweils geringfügig kleiner sind als der entsprechende radiale Abstand zwischen den beiden inneren Schaufel-Tragflanken.Particularly preferred is that embodiment in which at least three support teeth are provided per side wall and the distances between the two outer rotor support flanks of the two retaining groove side walls is the same size as the distances between the two outer blade support flanks and in which for each Halteut- Side wall, the distance between the two inner rotor support flanks are each slightly smaller than the corresponding radial distance between the two inner blade support flanks.

Gemäß dieser Lehre wird vorzugsweise vorgeschlagen, den Spalt zwischen Schaufel-Tragflanken und Rotor-Tragflanken eher an denjenigen Tragflanken-Paarungen vorzusehen, die auf einem kleineren Radius liegen, bezogen auf die Rotationsachse des Rotors. Die auf einem größeren Radius liegenden TragflankenPaarungen können diesbezüglich somit spaltfrei ausgeführt sein, da es sich herausgestellt hat, dass bei konventionellen Laufschaufelbefestigungen bisher die inneren Tragflanken derartig hohe Lasten übertrugen, dass deren dazu benachbarten Hohlkehlen besonders mechanisch belastet wurden. Insofern wird mit Hilfe der vorgeschlagenen, bevorzugten Ausgestaltung die Belastung der bisher höchstbelasteten Hohlkehlen verringert. Weiter kann diese Ausführungsform das Schwingungsverhalten der Laufschaufel auch während des Hochfahrens der Strömungsmaschine verbessern, da die Laufschaufeln dann um den definierten Einspannpunkt - den spaltfreien TragflankenPaarungen - schwingt, was ein schwingen der Laufschaufel mit einer nicht zulässigen Eigenfrequenz verhindert.According to this teaching, it is preferably proposed to provide the gap between blade support flanks and rotor support flanks on those support flank pairings which lie on a smaller radius, relative to the axis of rotation of the rotor. The lying on a larger radius TragflangenPaarungen can thus be designed gap-free in this regard, since it has been found that in conventional blade fasteners previously the inner support flanks so high loads transferred that their adjacent flutes were particularly mechanically stressed. In this respect, the load of the previously highly loaded flutes is reduced by means of the proposed, preferred embodiment. Further, this embodiment can improve the vibration behavior of the blade even during startup of the turbomachine, since the blades then swing around the defined clamping point - the gap-free Tragflankenpaagings - which prevents swinging of the blade with a non-permitted natural frequency.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Tragflanken im Querschnitt betrachtet geradlinig ausgestaltet und schließen mit der Radialrichtung jeweils einen Winkel ein, der für alle Tragflanken zumindest einer Haltenut-Schaufel-Paarung, vorzugsweise aller Haltenut-Schaufel-Paarungen identisch ist.According to a further advantageous embodiment, the support flanks are designed in a straight line when viewed in cross-section and in each case enclose an angle with the radial direction which, for all support flanks, is at least one retaining-groove-blade pairing. Preferably, all retaining groove-blade pairings is identical.

Der erfindungsgemäße Spalt bei zumindest einer Tragflanken-Paarung eines Schaufelfußes ist verhältnismäßig klein. So kann es sein, dass der Abstand zwischen den Schaufel-Tragflanken beispielsweise 50 mm beträgt und der Abstand der betreffenden Rotor-Tragflanken dagegen lediglich um einige Hundertstel mm verringert ist. Da üblicherweise die Schaufelüße und insbesondere deren Tragflanken mit einer Genauigkeit von bis zu ein oder zwei Hundertstel Millimetern gefertigt werden, liegt der erfindungsgemäße, nominale Spalt in der Größenordnung von etwa 0,05 mm. Bei einem Schaufel-Tragflankenabstand von 50 mm würde somit das Nominalmaß für den Tragflankenabstand der erfindungsgemäß ausgestalteten Haltenut einen Wert von 49,95 mm aufweisen.The gap according to the invention in at least one pair of support flanks of a blade root is relatively small. So it may be that the distance between the blade support flanks, for example, 50 mm and the distance of the respective rotor support flanks, however, is reduced by only a few hundredths of a mm. Since usually the blade roots and in particular their support flanks are manufactured with an accuracy of up to one or two hundredths of a millimeter, the nominal gap according to the invention is on the order of about 0.05 mm. With a blade-support edge distance of 50 mm, the nominal dimension for the support-edge spacing of the retaining groove designed according to the invention would thus have a value of 49.95 mm.

Insgesamt betrifft die Erfindung somit eine Laufschaufelbefestigung für eine thermische Strömungsmaschine, umfassend einen Laufschaufelträger mit daran angeordneten Laufschaufeln, die über bekannte tannenbaumförmige Formschlüsse am Laufschaufelträger in entsprechend geformten Haltenuten befestigt sind. Um eine Laufschaufelbefestigung mit verlängerter Lebensdauer angegeben werden, wird vorgeschlagen, dass die Tannenbaumkontur der Haltenut und die Tannenbaumkontur des Laufschaufelfußes derart aufeinander abgestimmt sind, dass im fliehkraftlosen Zustand bei radial benachbarten Paarungen von Tragflanken zumindest eine Paarung spaltfrei aneinander liegt und bei zumindest eine der Paarungen von Tragflanken die Tragflanken der betreffenden Paare unter einem Spalt gegenüber liegen, dessen Spaltmaß jedoch so gewählt ist, dass unter Fliehkrafteinwirkung bei allen TragflankenPaarungen die jeweiligen Tragflanken spaltfrei und somit lastübertragend in Kontakt sind.Overall, the invention thus relates to a blade mounting for a thermal turbomachine, comprising a blade carrier with blades arranged thereon, which are fastened via known fir-tree-shaped form fit on the blade carrier in correspondingly shaped retaining grooves. In order to provide a blade attachment with extended life, it is proposed that the Christmas tree contour of the retaining groove and the Christmas tree contour of the blade root are coordinated so that at least one pairing is without gaps in the centrifugal force state with radially adjacent pairs of support flanks and at least one of the pairings of Supporting flanks are the support flanks of the respective pairs under a gap opposite, but the gap dimension is chosen so that under centrifugal force at all TragflankenPaarungen the respective support flanks are gap-free and thus load-bearing in contact.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.Further advantages and features of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment in the following description of the figures.

Es zeigen schematisch:

Figur 1
als Draufsicht einen Ausschnitt auf einen Laufschaufelkranz einer thermischen Strömungsmaschine,
Figur 2
eine Haltenut für Laufschaufeln des Laufschaufelkranzes in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 3
die perspektivische Darstellung eines Laufschaufelfußes der Laufschaufel,
Figur 4, 5
das mechanische Prinzip am Beispiel einer tannenbaumförmigen Schaufelbefestigung mit drei Tragflankenpaarungen im unbelasteten Zustand und im fliehkraftbelasteten Zustand.
They show schematically:
FIG. 1
as a plan view of a section of a blade ring of a thermal fluid machine,
FIG. 2
a holding groove for blades of the blade ring in a perspective view,
FIG. 3
the perspective view of a blade root of the blade,
FIG. 4, 5
the mechanical principle using the example of a fir tree-shaped blade attachment with three pairs of support flanks in the unloaded state and in centrifugal force-loaded state.

In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In all figures, identical features are provided with the same reference numerals.

Figur 1 zeigt eine Laufschaufelbefestigung 10 für eine thermische Strömungsmaschine. Die thermische Strömungsmaschine kann beispielsweise als Gasturbine oder auch als Dampfturbine ausgestaltet sein. Die Laufschaufelbefestigung umfasst einen Laufschaufelträger 12 der bei Gasturbinen beispielsweise als Rotorscheibe ausgestaltet ist, bei Dampfturbinen sind die Rotoren und somit die Laufschaufelträger zumeist als geschweißte Trommeln ausgestaltet. Mithin sind die Laufschaufelträger 12 Teil des Rotors besagter Strömungsmaschinen. Der Laufschaufelträger ist um eine Rotordrehachse 14 drehbar gelagert. Längs des Außenumfangs 16 des Laufschaufelträgers 12 sind in gleichmäßigen Abständen Haltenuten 18 angeordnet, von denen im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei dargestellt sind. Die Haltenuten 18 weisen eine Kontur auf, die als Tannenbaumform bezeichnet werden kann. In den Haltenuten 18 sitzen Schaufelfüße 20, die zumeist monolithischer Bestandteil der Laufschaufeln 22 sind. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Laufschaufeln 22 des Weiteren jeweils einen Schaufelhals 24, eine quer dazu angeordnete Plattform 26 und ein hier nur teilweise dargestelltes Schaufelblatt 25. Das Schaufelblatt 25 ist in bekannter Weise aerodynamisch profiliert und dient zur Umlenkung eines Heißgases oder Arbeitsmediums der Strömungsmaschine, um so die im Arbeitsmedium enthaltene Energie in die Rotationsbewegung des Laufschaufelträgers 12 und somit des Rotors umzuwandeln. Die Plattformen 26 dienen in der Regel zur Begrenzung des Strömungsfades des Arbeitsmediums. FIG. 1 shows a blade attachment 10 for a thermal turbomachine. The thermal turbomachine can be designed for example as a gas turbine or as a steam turbine. The blade attachment comprises a blade carrier 12 which is configured, for example, as a rotor disk in gas turbines; in steam turbines, the rotors and thus the blade carriers are usually designed as welded drums. Thus, the blade carriers 12 are part of the rotor of said turbomachines. The blade carrier is rotatably mounted about a rotor axis of rotation 14. Along the outer periphery 16 of the blade carrier 12 retaining grooves 18 are arranged at equal intervals, of which two are shown in the illustrated embodiment. The retaining grooves 18 have a contour which may be referred to as a fir tree shape. In the retaining grooves 18 sit scoop feet 20, which are mostly monolithic component of the blades 22. According to the embodiment shown here The blades 22 furthermore each have a blade neck 24, a platform 26 arranged transversely thereto, and an airfoil 25, which is only partly shown here. The blade 25 is aerodynamically profiled in a known manner and serves to deflect a hot gas or working medium of the turbomachine so as to produce the flow Working medium contained energy into the rotational movement of the blade carrier 12 and thus convert the rotor. The platforms 26 are generally used to limit the flow path of the working medium.

Während des Betriebs der Strömungsmaschine und somit bei Rotation des gesamten Rotors einschließlich der Laufschaufeln 22 treten Fliehkräfte in den Laufschaufeln 22 auf, die durch die tannenbaumförmige Befestigung des Schaufelfußes 20 in den Haltenuten 18 vom Schaufelträger 12 übernommen werden. Der Kraftfluss ist in Figur 1 schematisch durch die Kraftflusslinien 28 dargestellt.During operation of the turbomachine and thus upon rotation of the entire rotor including the blades 22, centrifugal forces occur in the rotor blades 22, which are taken over by the fir tree-shaped attachment of the blade root 20 in the retaining grooves 18 from the blade carrier 12. The power flow is in FIG. 1 schematically represented by the force flow lines 28.

Figur 2 zeigt eine der Haltenuten 18 der Laufschaufelbefestigung 10 in einer perspektivischen Darstellung im Detail. Die Haltenut 18 umfasst im Wesentlichen zwei einander zugewandte, profilierte Seitenwände, die nachfolgend als Rotor-Seitenwände 30 bezeichnet werden. Beide Rotor-Seitenwände 30 sind über einen Nutgrund 32 miteinander verbunden. Zur Ausbildung der Profilierung der Rotor-Seitenwände 30 umfasst jede Rotor-Seitenwand 30 Tragzähne, wobei zur Ausbildung einer tannenbaumförmigen Kontur je Rotor-Seitenwand 30 mindestens zwei Tragzähne vorhanden sein müssen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Tragzähne vorhanden, die nachfolgend aufgrund ihrer Zugehörigkeit zum Laufschaufelträger 12 nachfolgend als Rotor-Tragzähne 34 bezeichnet werden. In jeder Rotor-Seitenwand 30 befinden sich somit drei Rotor-Tragzähne 34, die im Bezug auf die Rotordrehachse 14 auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind. Damit diese drei Rotor-Tragzähne 34 unterschieden werden können, werden nachfolgend deren Bezugszeichen gegebenenfalls durch Indices ergänzt. Die Indices sind dabei "OD", "MID" und "ID", welche als "Outer Diameter", "Mediate Diameter" und "Inner Diameter" verstanden werden können. Jede der Rotor-Tragzähne 34 weist eine radial nach innen weisende Tragflanke auf, die nachfolgend auch als Rotor-Tragflanke 36 bezeichnet wird. Auch die Rotor-Tragflanken 36 werden nachfolgend bei Bedarf mit den oben erwähnten Indices individuell identifiziert. Die Rotor-Tragflanken 36 sind im Querschnitt senkrecht zur Rotordrehachse 14 gesehen geradlinig ausgestaltet, so dass sie als dreidimensionales Element eine ebene Fläche umfassen, an denen der Schaufelfuß 20 zur Anlage gelangen kann. Gemäß Figur 2 sind je Rotor-Seitenwand 30 zwei Abstände R zwischen den auf unterschiedlichen Radien liegenden Rotor-Tragflanken 36. Ein erster Abstand ROD-MID wird zwischen den in der Regel parallel zueinander ausgerichteten Rotor-Tragflanken 36OD und Rotor-Tragflanken 36MID erfasst, der zweite radiale Abstand ROD-ID wird zwischen den beiden Rotor-Tragflanken 36OD und 36ID ermittelt. FIG. 2 shows one of the retaining grooves 18 of the blade attachment 10 in a perspective view in detail. The retaining groove 18 essentially comprises two mutually facing, profiled side walls, which are referred to below as rotor side walls 30. Both rotor side walls 30 are connected to each other via a groove bottom 32. To form the profiling of the rotor side walls 30, each rotor side wall 30 comprises supporting teeth, at least two supporting teeth having to be present for forming a fir-tree-shaped contour per rotor side wall 30. In the exemplary embodiment shown, three supporting teeth are present, which are subsequently referred to below as rotor-supporting teeth 34 due to their affiliation to the blade carrier 12. In each rotor side wall 30 are thus three rotor support teeth 34 which are arranged with respect to the rotor axis of rotation 14 at different radii. In order that these three rotor support teeth 34 can be distinguished, their reference numbers are optionally supplemented by indices below. The indices are "OD", "MID" and "ID", which are called "outer diameter", "Mediate Diameter" and "Inner Diameter" can be understood. Each of the rotor support teeth 34 has a radially inwardly facing support flank, which is also referred to below as the rotor support flank 36. The rotor support flanks 36 are also individually identified as needed with the above-mentioned indices. The rotor support flanks 36 are configured in a straight line in cross-section perpendicular to the rotor axis of rotation 14, so that they comprise a flat surface as a three-dimensional element, on which the blade root 20 can come into abutment. According to FIG. 2 are each rotor sidewall 30 two distances R between the lying at different radii rotor support flanges 36. A first distance R OD-MID is detected between the generally parallel aligned rotor support edges 36 OD and rotor support edges 36 MID , the second radial distance R OD-ID is determined between the two rotor support flanks 36 OD and 36 ID .

Für die in Figur 2 links dargestellte Rotor-Tragflanke 36ID ist der geradlinige Abschnitt als Bereich 38 bezeichnet, was exemplarisch für alle Rotor-Tragflanken 36 zu verstehen ist. Sowohl die Rotor-Tragflanken 36 als auch die Schaufel-Tragflanken 46 sind jeweils für die unterschiedlichen Radien OD, MID und ID jeweils parallel ausgerichtet.For the in FIG. 2 On the left-hand illustrated rotor carrying flank 36 ID , the straight-line section is designated as region 38, which is to be understood by way of example for all rotor carrying flanks 36. Both the rotor support flanks 36 and the blade support flanks 46 are each aligned in parallel for the different radii OD, MID and ID.

Jede Rotor-Tragflanke 36 geht über eine dazu radial innen benachbarte Rotor-Hohlkehle 37 in die radial weiter innen benachbarte Rotor-Tragflanke 36 über, wobei für die innerste Rotor-Tragflanke 36ID die Rotor-Hohlkehle 37ID in den Nutgrund 32 überleitet. Auch die Bezugszeichen der Rotor-Hohlkehlen 37 weisen bei Bedarf die bereits erwähnten Indices zur eindeutigen Identifizierung auf.Each rotor support flank 36 merges via a radially inner adjacent rotor groove 37 into the radially further inwardly adjacent rotor support flank 36, wherein the rotor flute 37 ID for the innermost rotor support flank 36 ID leads into the groove base 32. If necessary, the reference numbers of the rotor flutes 37 also have the already mentioned indices for unambiguous identification.

Korrespondierend zur Haltenut 18 zeigt Figur 3 den Laufschaufelfuß 20 der Laufschaufel 22 in perspektivischer Darstellung. Analog zur Tannenbaumkontur der Haltenut 18 ist der Schaufelfuß 20 ebenso tannenbaumförmig ausgestaltet mit zwei einander gegenüberliegenden, nicht ebenen, sondern profilierten Schaufel-Seitenwänden 40. Jede Schaufel-Seitenwand 40 ist aufgrund des Vorhandenseins von Schaufel-Tragzähnen 44 profiliert ausgestaltet, so dass alle Schaufel-Tragzähne 44 gemeinschaftlich die tannenbaumförmige Kontur des Schaufelfußes 20 erzeugen. Die Schaufel-Tragzähne 44 weisen jeweils an ihren nach radial außen weisenden Flächen in einem Querschnitt senkrecht zur Rotordrehachse 14 gesehen einen gradlinigen Bereich 48 auf, analog zur Haltenut 18 werden in dieser Anmeldung die Schaufel-Tragzähne 44 sowie die Schaufel-Tragflanken 46 zur individuellen Benennung gegebenenfalls mit den bereits erwähnten Indices versehen, in Abhängigkeit ihrer Lage in Bezug auf die Rotordrehachse 14. Je Schaufel-Seitenwand 40 sind die beiden inneren Schaufel-Tragflanken 46MID und 46ID von der Schaufel-Tragflanke 46OD beabstandet. Ein erster Abstand zwischen der Schaufel-Tragflanke 46OD und Schaufel-Tragflanke 46MID ist mit dem Abstand SOD-MID bezeichnet, wohingegen der Abstand der Schaufel-Tragflanke 46OD zur Schaufel-Tragflanke 46ID durch den Abstand SOD-ID bezeichnet wird.Corresponding to the retaining groove 18 shows FIG. 3 the blade root 20 of the blade 22 in a perspective view. Analogous to the Christmas tree contour of the retaining groove 18 of the blade root 20 is also designed fir-tree-shaped with two opposite, non-planar, but profiled blade sidewalls 40. Each blade side wall 40 is formed profiled by the presence of blade-supporting teeth 44, so that all blade-supporting teeth 44 collectively create the fir-tree-shaped contour of the blade root 20. The blade support teeth 44 each have on their radially outwardly facing surfaces seen in a cross section perpendicular to the rotor axis 14 a straight line region 48, analogous to the retaining groove 18 in this application, the blade support teeth 44 and the blade support flanks 46 for individual designation optionally provided with the already mentioned indices, depending on their position with respect to the rotor axis of rotation 14. Per blade side wall 40, the two inner blade support flanks 46 MID and 46 ID are spaced from the blade support flank 46 OD . A first distance between the blade support edge 46 OD and the blade support edge 46 MID is designated by the distance S OD-MID , whereas the distance of the blade support edge 46 OD to the blade support edge 46 ID is designated by the distance S OD-ID ,

Weiter sei bemerkt, dass wenn nachfolgend lediglich von Tragflanken die Rede ist, dann sowohl die Rotor-Tragflanke als auch die Schaufel-Tragflanke darunter zu verstehen ist. Gleiches gilt für die Tragzähne.It should also be noted that if only support flanks are mentioned below, then both the rotor support flank and the blade support flank underneath are to be understood. The same applies to the supporting teeth.

Die Schaufel-Tragflanken 46 sind über Schaufel-Hohlkehlen 47 miteinander verbunden, wobei zwischen den beiden Schaufel-Hohlkehlen 47ID des Schaufelfußes 20 lokal ein minimal tragender Querschnitt Q des Schaufelfußes 20 vorhanden ist, den es ebenso radial etwas außerhalb der Rotor-Tragzähne 44MID gibt. Dementsprechend existieren drei lokal minimale Querschnitte QID, QMID und QOD.The blade support flanks 46 are connected to each other via blade flutes 47, wherein between the two blade flutes 47 ID of the blade root 20 locally a minimal load-bearing cross-section Q of the blade root 20 is present, it also just radially outside the rotor support teeth 44 MID gives. Accordingly, there exist three locally minimum cross sections Q ID , Q MID and Q OD .

Gemäß der Erfindung ist zumindest einer der beiden Abstände R der Rotor-Tragflanken 36 geringfügig kleiner als der korrespondierende Schaufelabstand S der zwischen den auf gleichen Radien liegenden Schaufel-Tragflanken 46.According to the invention, at least one of the two distances R of the rotor support flanks 36 is slightly smaller than the corresponding blade spacing S between the blade-carrying flanks 46 lying at the same radii.

Mit anderen Worten: R OD - MID = S OD - MID - A

Figure imgb0001
oder/und R OD - ID = S OD - ID - B
Figure imgb0002
In other words: R OD - MID = S OD - MID - A
Figure imgb0001
or and R OD - ID = S OD - ID - B
Figure imgb0002

Bei in der Haltenut 18 eingesetztem Schaufelfuß 20 wird im Sinne der Anmeldung von einer Haltenut-Schaufel-Paarung 49 gesprochen, wobei die einander gegenüberliegenden Rotor-Seitenwände 30 und Schaufel-Seitenwände 40 als Seitenwand-Paarung 50 bezeichnet wird und wobei die jeweils einander gegenüberliegenden Rotor-Tragflanken 36 und Schaufel-Tragflanken 46 als Tragflanken-Paarung 56 bezeichnet werden. Die Paarungen 49, 50, 56 sind in FIG 1 dargestellt, wobei insbesondere die Tragflanken-Paarungen jeweils auch mit den bereits definierten Indices individuell identifiziert werden können.When used in the retaining groove 18 blade root 20 is spoken in the sense of the application of a retaining groove-blade pairing 49, wherein the opposing rotor side walls 30 and blade side walls 40 is referred to as side wall pairing 50 and wherein the respective opposing rotor Support flanks 36 and blade support flanks 46 may be referred to as support flank pairing 56. The pairings 49, 50, 56 are in FIG. 1 represented, in particular, the support flank pairings can each be individually identified with the already defined indices.

Es ist dabei zu erwähnen, dass die Abstände R der Rotor-Tragflanken 36 und die Abstände S der Schaufel-Tragflanken 46 in der Regel bis auf Hundertstel Millimeter genau gefertigt werden und dass die Differenz der Abstände S, R zwischen Schaufel-Tragflanken 46 und Rotor-Tragflanken 36 im Bereich dieser Größenordnung liegen. Mit anderen Worten: Es gilt : A , B < 1 mm .

Figure imgb0003
It should be noted that the distances R of the rotor support flanks 36 and the distances S of the blade support flanks 46 are usually manufactured to within a hundredth of a millimeter and that the difference between the distances S, R between blade support flanks 46 and rotor Support edges 36 are in the range of this order of magnitude. In other words: It applies : A . B < 1 mm ,
Figure imgb0003

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in FIG 4 und FIG 5 dargestellt ist, sind die Abstände SOD-MID und SOD-ID für beide Seitenwand-Paarungen 50 so gewählt, dass sie geringfügig größer sind als die Abstände ROD-MID bzw. ROD-ID. Beispielsweise können die Schaufelabstände SOD-MID und SOD-ID jeweils um 0,08 mm größer sein als die dazugehörigen Rotorabstände ROD-MID bzw. ROD-ID. Dies verdeutlicht die FIG 4, wobei hier zu erwähnen ist, dass diese besagten Abstände S, R im betriebslosen und somit fliehkraftlosen Zustand auftreten. Aufgrund der erfindungsgemäßen Abstände S, R ergibt sich für die Tragflanken-Paarung 56MID bei spaltfrei aneinanderliegenden Tragflanken 36OD, 46OD einen Spalt 60MID zwischen der Tragflanke 36MID und Schaufel-Tragflanke 46MID sowie für die und Tragflanken-Paarung 56ID einen Spalt 60ID zwischen der Rotor-Tragflanke 36ID und Schaufel-Tragflanke 46ID. Die Größe der Spalte 60 ist weiter oben als A bzw. B definiert.According to a first embodiment of the invention, which in FIG. 4 and FIG. 5 is shown, the distances S OD-MID and S OD-ID for both side wall pairings 50 are selected to be slightly larger than the distances R OD-MID and R OD-ID . For example, the blade spacings S OD-MID and S OD-ID may each be 0.08 mm larger than the associated rotor spacings R OD-MID or R OD-ID . This clarifies the FIG. 4 , wherein it should be mentioned here that these said distances S, R occur in the idle and therefore centrifugal state. Due to the spacings S, R according to the invention results for the pair of support surfaces 56 MID at gapless abutting support edges 36 OD , 46 OD a gap 60 MID between the support edge 36 MID and blade support edge 46 MID and for the and pair of support surfaces 56 ID one Gap 60 ID between the rotor support edge 36 ID and the vane support edge 46 ID . The size of the column 60 is defined above as A and B, respectively.

FIG 5 zeigt das mechanische Prinzip desselben Ausführungsbeispiels, nun jedoch unter Fliehkrafteinwirkung. Aufgrund der auf die Laufschaufel 22 einwirkenden Flieh- und Strömungskräfte dehnt sich das Material der Schaufel 22 und insbesondere des Schaufelfußes 20 elastisch, so dass bei allen Tragflanken-Paarungen 56 der erfindungsgemäß ausgestalteten Haltenut-Schaufel-Paarung 49 der im fliehkraftlosen Zustand ggf. existierende Spalt 60MID bzw. 60OD verschwunden ist, so dass sich der in FIG 1 gezeigte Kraftfluss ergibt. FIG. 5 shows the mechanical principle of the same embodiment, but now under centrifugal force. Due to the centrifugal and flow forces acting on the blade 22, the material of the blade 22 and in particular of the blade root 20 elastically expands, so that the support groove-blade pairing 49 designed according to the present invention has the gap existing in the centrifugal force-free state on all bearing flank pairings 56 60 MID or 60 OD has disappeared, so that the in FIG. 1 shown power flow results.

Bezogen auf einen Laufschaufelkranz sind selbstverständlich alle Seitenwand-Paarungen 56 aller Haltenut-Schaufel-Paarungen 49 wie voran beschrieben identisch abgestimmt.With reference to a blade ring, of course, all side wall pairings 56 of all the retaining groove / blade pairs 49 are identical as described above.

Aufgrund der gewählten Maße für die Anstände S und R kann die in den Schaufelfüßen 20 auftretenden mechanischen Belastungen im Bereich der lokalen minimalen Querschnitte QID und QMID verringert werden, wodurch im Schaufelfuß 20 eine Vergleichmäßigung der Belastung eintritt. Gleichzeitig treten im Laufschaufelträger 12 in den Hohlkehlen 37ID und 37MID ebenso lokale Entlastungen auf. Beide Entlastungen können zu einer verbesserten Lebensdauer oder zu einer insgesamt höheren Belastbarkeit bei gleichbleibender Lebensdauer führen.Due to the chosen dimensions for the stalls S and R, the mechanical loads occurring in the blade roots 20 in the region of the local minimum cross-sections Q ID and Q MID can be reduced, as a result of which an equalization of the load occurs in the blade root 20. At the same time occur in the blade carrier 12 in the grooves 37 ID and 37 MID also local reliefs. Both reliefs can lead to an improved service life or an overall higher load capacity with a consistent service life.

Die Verringerung der lokalen Belastung an den angegebenen Orten und somit der individuelle Anteil der gesamten Last für jede Tragflanken-Paarung 56 kann durch die Größe des individuellen Tragflankenspalts 60 eingestellt werden. In der Regel sind die Spalte 60 so zu wählen, dass das Belastungsniveau in den hohlkehlartigen Übergängen zwischen den Tragzähnen 44 vergleichmäßigt werden können und somit die absolut maximale Amplitude abgesenkt werden kann, was eine lokale Überbelastung reduziert.The reduction in local load at the specified locations, and thus the individual portion of the total load for each support pair 56, may be adjusted by the size of the individual support edge gap 60. As a rule, the gaps 60 are to be selected such that the stress level in the hollow-throat-like transitions between the support teeth 44 can be evened out and thus the absolute maximum amplitude can be lowered, which reduces a local overload.

Die Erfindung wurde bisher anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Jedoch ist es gemäß einer alternativen Ausführung beispielsweise möglich, dass bei einer tannenbaumartigen Laufschaufelbefestigung mit auf drei unterschiedlichen Radien liegenden Tragflanken-Paarungen 56 nur die radial innerste Tragflanken-Paarung 56ID den Spalt 60 aufweist, während die beiden äußeren Tragflanken-Paarungen 56OD und 56MID spaltfrei sind. Gemäß einem anderen, ebenso wenig einschränkenden Beispiel ist es möglich, dass jede Haltenut-Schaufel-Paarung 49 einer Laufschaufelbefestigung 10 mehr als drei radial benachbarte Tragflanken-Paarungen 56 je Seitenwand-Paarung 50 aufweist. Beispielsweise bei Dampfturbinen sind häufig auch Tannenbäume mit vier oder fünf Tragflanken-Paarungen 56 je Seitenwand 30, 40 bekannt und auch üblich.The invention has been explained by way of example with reference to a single embodiment. However, according to an alternative embodiment, it is possible, for example, that in a fir-tree blade mounting with bearing pairings 56 lying on three different radii, only the radially innermost pair of bearing surfaces 56 ID has the gap 60, while the two outer bearing pairings 56 OD and 56 MID are gap-free. In another, equally non-limiting example, it is possible for each retaining-vane mating 49 of a blade attachment 10 to have more than three radially adjacent wing pairings 56 per side wall mating 50. For example, in steam turbines are often fir trees with four or five support pairings 56 per side wall 30, 40 known and also common.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.While the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (3)

Laufschaufelbefestigung (10) für eine thermische Strömungsmaschine,
umfassend einen Laufschaufelträger (12) als Teil eines Rotors der Strömungsmaschine mit zumindest einer Reihe von umfangsmäßig verteilten, sich schräg zu einer Rotordrehachse (14) erstreckenden Haltenuten (18) für Laufschaufeln (22),
wobei jede Haltenut (18)zwei einander zugewandte, profilierte Rotor-Seitenwände (30) umfasst, die zur Profilierung jeweils zumindest zwei radial beabstandete Rotor-Tragzähne (34) aufweisen, die gemeinschaftlich im Querschnitt senkrecht zur Rotordrehachse (14) betrachtet sich zur einer tannenbaumförmigen Kontur der Haltenut (18) ergänzen und jeweils eine radial nach innen weisende Rotor-Tragflanke (36) umfassen,
wobei in jeder Haltenut (18) ein tannenbaumförmiger Schaufelfuß (20) eine der Laufschaufeln (22) unter Bildung einer Haltenut-Schaufel-Paarung (49) sitzt, dessen jeweilige der jeweiligen Rotor-Seitenwand (30) zugewandte Schaufel-Seitenwand (40) unter Bildung einer Seitenwand-Paarung (50) in korrespondierender Anzahl zu den Rotor-Tragzähnen (34) Schaufel-Tragzähne (44) aufweisen, die an ihrer radial nach außen weisenden Fläche Schaufel-Tragflanken (46) unter Bildung von Tragflanken-Paarungen (56) in entsprechenden Anzahl umfassen, so dass unter Fliehkrafteinwirkung zur Anlage an den entsprechenden Rotor-Tragflanken (36) gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass
im fliehkraftlosen Zustand bei zumindest einer Haltenut-Schaufel-Paarung (56), vorzugsweise bei allen Haltenut-Schaufel-Paarungen (56), einer Reihe zumindest eine Seitenwand-Paarung (50), vorzugsweise bei beiden Seitenwand-Paarungen (50), der Abstand (R) der Rotor-Tragflanken (36) kleiner ist als der Abstand (S) der Schaufel-Tragflanken (46).
Blade mounting (10) for a thermal turbomachine,
comprising a blade carrier (12) as part of a rotor of the turbomachine with at least one row of circumferentially distributed, obliquely to a rotor axis of rotation (14) extending holding grooves (18) for blades (22),
wherein each retaining groove (18) comprises two facing, profiled rotor side walls (30) each having at least two radially spaced rotor support teeth (34) for profiling, the community in cross-section perpendicular to the rotor axis of rotation (14) considered to a fir-tree Complement the contour of the retaining groove (18) and each comprise a radially inwardly pointing rotor support flank (36),
wherein in each retaining groove (18) a fir-tree-shaped blade root (20) sits one of the rotor blades (22) forming a retaining groove-blade pairing (49) whose respective side wall (40) facing the respective rotor side wall (30) Forming a sidewall mating (50) in a corresponding number to the rotor support teeth (34) blade vane teeth (44) having on their radially outwardly facing surface vane support flanks (46) to form support pairings (56) include in an appropriate number, so that come under centrifugal force to bear against the corresponding rotor support flanks (36), characterized in that
in the centrifugal force-free state with at least one retaining-vane pairing (56), preferably at all retaining-vane pairings (56), a row at least one side wall pairing (50), preferably at both side wall pairings (50), the distance (R) of the rotor support flanks (36) is smaller than the distance (S) of the blade support flanks (46).
Laufschaufelbefestigung (10) nach Anspruch 1,
bei der je Seitenwand (30, 40) zumindest drei Tragzähne (34, 44) vorgesehen sind, und der Abstände (ROD-MID) zwischen den beiden äußeren Rotor-Tragflanken (36OD, 36MID) der beiden Haltenut-Seitenwände (30) genau so groß ist wie die Abstände (SOD-MID) zwischen den beiden betreffenden äußeren Schaufel-Tragflanken (46OD-MID) und
bei der für jede Haltenut-Seitenwand (30) der Abstand (RMID-ID) zwischen den beiden inneren Rotor-Tragflanken (36MID, 36ID) geringfügig kleiner ist als der Abstand (SMID-ID) zwischen den beiden inneren Schaufel-Tragflanken (46MID, 46ID).
Blade mounting (10) according to claim 1,
in which at least three support teeth (34, 44) are provided for each side wall (30, 40), and the distances (R OD-MID) between the two outer rotor support flanks (36 OD , 36 MID ) of the two retaining groove side walls (30 ) is just as large as the distances (S OD-MID ) between the two relevant outer blade support flanks (46 OD-MID ) and
in which, for each retaining groove side wall (30), the distance (R MID-ID ) between the two inner rotor supporting flanks (36 MID , 36ID) is slightly smaller than the distance (SMID-ID) between the two inner blade supporting flanks (FIG. 46 MID , 46 ID ).
Laufschaufelbefestigung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Tragflanken (36, 46) im Querschnitt betrachtet geradlinig ausgestaltet sind und mit der Radialrichtung jeweils einen Winkel einschließen, der für alle Tragflanken (36, 46) zumindest einer Haltenut-Schaufel-Paarung (49), vorzugweise aller Haltenut-Schaufel-Paarungen (49), identisch ist.
A blade attachment (10) according to claim 1 or 2,
in which the support flanks (36, 46) are rectilinear in cross-section and in each case enclose an angle with the radial direction, which for all support flanks (36, 46) at least one retaining groove / blade pairing (49), preferably all retaining groove blades. Pairings (49), identical.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0431766A1 (en) * 1989-11-30 1991-06-12 ROLLS-ROYCE plc Improved attachment of a gas turbine engine blade to a turbine rotor disc
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