EP3183430A1 - Turbinenlaufschaufel - Google Patents

Turbinenlaufschaufel

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EP3183430A1
EP3183430A1 EP15787931.3A EP15787931A EP3183430A1 EP 3183430 A1 EP3183430 A1 EP 3183430A1 EP 15787931 A EP15787931 A EP 15787931A EP 3183430 A1 EP3183430 A1 EP 3183430A1
Authority
EP
European Patent Office
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blade
turbine blade
turbine
grooves
turbine rotor
Prior art date
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Application number
EP15787931.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3183430B1 (de
Inventor
Fathi Ahmad
Radan RADULOVIC
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3183430A1 publication Critical patent/EP3183430A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3183430B1 publication Critical patent/EP3183430B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294—Three-dimensional machined; miscellaneous grooved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved
    • F05D2250/712—Shape curved concave

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade, in which along an imaginary blade longitudinal axis of the
  • Turbine blade from bottom to top of a blade root for attachment of the turbine blade on a rotor of the turbine, a transition region and a itself
  • Turbinenlaufschaufel on the rotor latter has either a circumferential shaft collar or a rotor disk, on the outer circumference are provided largely extending in the axial direction retaining grooves.
  • the retaining grooves are distributed along the circumference of the shaft collar or the rotor disk, so that a dedicated retaining groove is provided for each turbine blade.
  • the retaining grooves are for
  • Turbine blade securely holds on the rotor, regardless of the forces acting on the turbine blade centrifugal forces. Nevertheless, particularly in the operation of stationary gas turbines due to the weight of the turbine blade such high centrifugal forces occur that the blade carrier is locally loaded inadmissible high. This locally inadmissibly high load leads to a reduced service life of the blade carrier or the rotor disk, which is undesirable.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbine blade whose use in a blade carrier extends the life of the turbine blade carrier.
  • the invention is based on the finding that the centrifugal force load caused by the turbine blade in the
  • Blade carrier along the retaining mat is different in size. It has been found that at the - with respect to a flow direction of the working medium of the turbine - upstream and downstream end portions of the blade carrier voltage concentrations occur that affect the predeterminable life of the blade carrier. For this reason, it is helpful to extend the service life of the blade carrier, for example a rotor disk , to reduce the stresses that occur there.
  • Stiffnesses are achieved in that in the region of the concave rounding, a groove adjoining at least one of the two end faces is arranged.
  • ⁇ An arrangement of the groove in the region of the concave fillet of existing at this point load-bearing cross-section of the blade root is reduced.
  • the blade root becomes softer at this point compared to the stiffness of the blade root midway between the two opposing planar faces.
  • the increased elasticity in the region of the frontal surfaces of the blade root causes centrifugal force to reduce the contact pressure of the turbine blade on the supporting flanks of the blade carrier there lo ⁇ cal and thus the previously occurring there Stress concentration can be reduced in the blade carrier.
  • the groove has an edge contour with a tapering end, which shows said end to the opposite side wall.
  • the notch load in the region of the groove can be kept low.
  • each side surface of the blade root has at least two supporting flanks and thus the blade root is a fir tree-shaped
  • End face contour provides, wherein the groove is disposed above the support flank, which should learn due to the vote of the dimensions of the turbine blade root and the corresponding holding groove of the blade carrier, the largest mechanical load under centrifugal force. Since this is often the lowest arranged supporting flank, the groove is expediently arranged above the bottommost angeord ⁇ Neten supporting flank. Of course, it is possible that at least one groove is arranged above each support flank. However, particularly preferred is that Turbinenlaufschau ⁇ fel, wherein the blade comprises a pressure side wall and a suction side wall extending for a working fluid from a leading edge to a trailing edge and in which at least two grooves are provided, of which one of the two recesses on the inflow
  • This refinement takes into account the fact that flow forces act on the blade through which the turbine blade experiences a torque, which torque must be absorbed and compensated by the material of the blade carrier surrounding the retaining slots.
  • downstream groove in the axial direction is made longer than the further upstream groove, since it has been found that in the downstream side the loads caused by the flow forces are greater than on the
  • the invention relates to a turbine blade for a thermal turbomachine, in which along a imaginary blade longitudinal axis of the turbine blade of un ⁇ th upward - to be precise by a fastening-side blade end other to the opposite schaufelspitz brieflyem blade end - follows a blade root for securing the turbine blade to a rotor of the turbine an over ⁇ transition region and an adjoining aerodyna ⁇ mixed curved blade, wherein the blade root has two mutually opposite planar end faces and two opposing, the two end faces miteinan- connecting contoured side surfaces, in wel ⁇ chen side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank and a free flank is formed, and in the Pass the supporting flanks over concave fillets into the transition area or to the free flanks.
  • the blade root has two mutually opposite planar end faces and two opposing, the two end faces miteinan- connecting contoured side surfaces, in wel ⁇
  • Blade carrier extends the life of Turbinenlaufschaufelträ ⁇ gers, it is proposed that in at least one concave fillet a adjacent to one of the two end faces groove is arranged, the extent of which along the side surface is less than that of the support flank.
  • FIG. 2 shows the side view of the detail of a blade carrier with a retaining ⁇ and a seated therein turbine blade and
  • FIG 3 is a side view of the side surfaces of the blade foot ⁇ the turbine blade of FIG. 2
  • identical features are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine rotor 10.
  • the turbine rotor blade 10 comprises an imaginary longitudinal axis 12 from bottom to top
  • Blade root 14 to which a transition region and an aerodynamically curved blade 18 connects thereto.
  • the blade 18 is aerodynamically curved in a known manner and comprises a leading edge 20 and a
  • Outflow edge 22 which are connected to each other via a pressure side wall 21 and a suction side wall 24.
  • the blade root 14 is designed dovetailed in the illustrated embodiment and thus comprises two flat end faces 26, 28 which are opposite to each other, of which one end face 26 upstream and the other end face 28 is arranged downstream.
  • End faces 26, 28 are connected to each other by means of two opposite side surfaces 30, 32, wherein in each case a support flank 34 and a free flank 35 is formed in the said side surfaces 30, 32, so that the contours of the end faces 26, 28 give a dovetail shape.
  • the support flanks 34 pass over a concave rounding 36 into the transition region 16, which on the one hand can comprise a blade neck and on the other hand a platform which can limit the flow path of the thermal turbomachine on the rotor side.
  • the mutually radially immediately adjacent support flank 34 and free flank 35 of the blade root 14 are connected to one another via a convex rounding and thus form a bead arranged in the respective side surface 30, 32, which extends from the inflow-side end face 26 to the outflow-side end face 28.
  • a recess 38 adjoining the front side 26 is arranged, the first along the side surfaces 30 is smaller than that of the support flank 34 and the bearing surface (see Figure 2) of the support flank 34 is reduced (compared to the respective support flank 34 without the adjacent groove).
  • the groove 38 occur in a turbine blade ⁇ arrangement 40 - comprising a rotatable in normal use turbine blade carrier 42, at its outer circumference evenly distributed along the circumference a plurality of retaining grooves 48 are provided, and in which the turbine blade 10 is arranged - lower mechanical Belastun ⁇ gene on, which extends the life of the turbine blade carrier 42nd
  • FIG. 2 shows a detail of the turbine blade arrangement 40, in which a turbine blade carrier 42 is designed as a rotor disk, which can be rotated about a machine axis 44.
  • a turbine blade carrier 42 is designed as a rotor disk, which can be rotated about a machine axis 44.
  • the support flanks 34 are configured symmetrically to the imaginary longitudinal axis 12 of the turbine blade 10.
  • the groove 38 is arranged so that the concave between the opposite fillets 36 and the groove 38 lying reduced distance F is compared with the distance from ⁇ without groove.
  • the groove 38 is designed such that the contact surface of the support flank 34 of the blade root 40 and the supporting flank 48 of the retaining groove 48 lying opposite it in the region of the flute 38 is reduced compared to that contact region in which no flute is provided.
  • Figure 3 shows a plan view of the side surface 30 of the blade root 14 of turbine blade 10.
  • the two ebe ⁇ NEN end faces 26, 28 are opposite in a 100% normalized distance A, wherein the longitudinal extent of the groove 38 has a length L measured from the front side 26, at which the groove 38 adjoins an amount of 10 ⁇ 6, before preferably not more than 5% of the distance A does not exceed. Here it is 3%.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenlaufschaufel (10) für eine thermische Strömungsmaschine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse (12) der Turbinenlaufschaufel (10) von unten nach oben einem Schaufelfuß (14) zur Befestigung der Turbinenlaufschaufel (10) an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich (16) sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß (14) zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen (26, 28) und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte Seitenflächen (30, 32) aufweist, in welchen Seitenflächen (30,32) unter Bildung einer Schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke (34) ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken (34) über konkave Verrundungen (36) in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen. Um eine Turbinenlaufschaufel bereitzustellen, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträgers verlängert, wird vorgeschlagen, dass in zumindest einer konkave Verrundung (36) eine an eine der beiden Stirnseiten (26, 28) angrenzende Auskehlung (38) angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche (30 bzw. 32) geringer ist als die der Tragflanke (34).

Description

Beschreibung
TURBINENLAUFSCHAUFEL
Die Erfindung betrifft eine Turbinenlaufschaufel, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse der
Turbinenlaufschaufel von unten nach oben einem Schaufelfuß zur Befestigung der Turbinenlaufschaufel an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich sowie ein sich daran
anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende konturierte
Seitenflächen aufweist, in welchen Seitenflächen unter
Bildung einer Schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke
ausgebildet ist und bei der die Tragflanken über konkave Verrundungen in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen.
Die voran beschriebene Turbinenlaufschaufel ist aus dem Stand der Technik bestens bekannt und wird insbesondere in
Gasturbinen verwendet. Zur Befestigung der
Turbinenlaufschaufel am Rotor weist letzeres entweder einen umlaufenden Wellenbund oder eine Rotorscheibe auf, an dessen Außenumfang sich weitestgehend in Axialrichtung erstreckende Haltenuten vorgesehen sind. Die Haltenuten sind längs des Umfangs des Wellenbundes bzw. der Rotorscheibe verteilt, so dass für jede Turbinenlaufschaufel eine dezidierte Haltenut vorgesehen ist. Die Haltenuten sind dabei zur
Stirnseitenkontur des Schaufelfußes der Turbinenlaufschaufel entsprechend geformt, so dass insgesamt eine formschlüssige Verbindung zwischen Turbinenlaufschaufel und Rotor vorhanden ist, die bei bestimmungsgemäßem Betrieb einer die
Turbinenlaufschaufel aufweisenden Turbine die
Turbinenlaufschaufel sicher am Rotor hält, unabhängig von den auf die Turbinenlaufschaufel einwirkenden Fliehkräfte. Dennoch können insbesondere beim Betrieb von stationären Gasturbinen aufgrund des Eigengewichtes der Turbinenlaufschaufel derartig hohe Fliehkräfte auftreten, dass der Schaufelträger lokal unzulässig hoch belastet wird. Diese lokal unzulässig hohe Belastung führt zu einer reduzierten Lebensdauer des Schaufelträgers bzw. der Rotorscheibe, was ungewünscht ist.
So ist es beispielsweise aus der EP 2 626 516 AI bekannt, die Tragflanken des Tannenbaum-Fußes einer Turbinenlaufschaufel von einem mittleren Bereich hin zu der Stirnseite des Schaufelfußes zunehmend abzuflachen. Diese Maßnahme wird jedoch nur angewendet, um die Schwingungseigenschaften der Schaufeln einzustellen. Darüber hinaus sind bei Verdichterschaufel und auch Fan-Schaufeln Maßnahmen zur Manipulierung der Größe der Anlagefläche der Schaufelfußverhakungen bekannt: So offenbart die US 2013/0224036 AI eine Ausnehmung oberhalb der Tragflan¬ ke des Schaufelfußes, welche vom stromabwärtigen Ende des Schaufelfußes sich über eine axialen Länge von 30% des Schau¬ felfußes hin zur Mitte erstreckt. Eine noch längere Ausneh- mung zum Zwecke der Spannungsreduzierung offenbart die US 2008/0063529 AI. Einen Freistich radial unterhalb der An¬ strömkante des Schaufelblatts offenbart die DE 10 2009 025 814 AI. Dieser Freistich dient zur Vermeidung von Schaufelabrissen .
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Turbinenlaufschaufel, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträgers verlängert.
Die auf die Erfindung gerichtete Aufgabe wird durch eine Tur¬ binenlaufschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an- gegeben, die in angegebener Weise miteinander kombiniert werden können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest in einer konkaven Verrundung eine an einer der beiden Stirnseiten angrenzende Auskehlung angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenflächen geringer ist als die der Tragflanke und die die tragende Fläche der Tragflanke reduziert, verglichen mit der betreffenden Tragflanke ohne daran angrenzende Auskehlung .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von der Turbinenlaufschaufel hervorgerufene Fliehkraftbelastung im
Schaufelträger längs der Haltenuterstreckung unterschiedlich groß ist. Es hat sich herausgestellt, dass an den - in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Arbeitsmediums der Turbine - stromauf und stromab liegenden Endbereichen des Schaufelträ- gers Spannungskonzentrationen auftreten, die die vorbestimmbare Lebensdauer des Schaufelträgers beeinflussen. Aus diesem Grunde ist es zur Verlängerung der Lebensdauer des Schaufelträgers, bspw. einer Rotorscheibe, hilfreich, die dort auf¬ tretenden Spannungen zu reduzieren.
Die Reduzierung der dort auftretenden Spannungen wird dadurch erreicht, dass der Turbinenlaufschaufelfuß längs der Trag- flankenerstreckung (von der einen der beiden Stirnflächen des Schaufelfußes zu der anderen der beiden Stirnflächen) unter- schiedlich steif ausgebildet ist. Die unterschiedlichen
Steifigkeiten werden dadurch erreicht, dass im Bereich der konkaven Verrundung eine an zumindest einer der beiden Stirnseiten angrenzende Auskehlung angeordnet ist. Durch die An¬ ordnung der Auskehlung im Bereich der konkaven Verrundung wird der an dieser Stelle vorhandene tragende Querschnitt des Schaufelfußes verringert. Insofern wird der Schaufelfuß an dieser Stelle weicher, verglichen mit der Steifigkeit des Schaufelfußes in der Mitte zwischen den beiden einander gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen. Die erhöhte Elastizität im Bereich der stirnseitigen Flächen des Schaufelfußes führt dazu, dass unter Fliehkraft der Anpressdruck der Turbinenlaufschaufel an den Tragflanken des Schaufelträgers dort lo¬ kal verringert ist und somit die dort bisher auftretende Spannungskonzentration im Schaufelträger verringert werden kann. Mithin erfolgt eine Vergleichmäßigung der mechanischen Belastung im Schaufelträger längs der Erstreckung der
Haltenut von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite, was insgesamt die Lebensdauer des Schaufelträgers, und insbesondere, wenn der Schaufelträger als Rotorscheibe ausge¬ bildet ist, verbessert.
Gleichzeitig wird die tragende Fläche der Tragflanke des Schaufelfußes aufgrund der Auskehlung verringert, so dass die wirksame Kontaktfläche zwischen der Tragflanke der Turbinen¬ laufschaufel und der Tragflanke der Haltenut dort lokal ver¬ ringert ist. Auch dies führt zu einer geringeren Spannungs¬ konzentration im Schaufelträger und erzielt somit ebenso die voran beschriebenen Vorteile.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auskehlung eine Randkontur mit einem spitzen zulaufenden Ende auf, welches besagte Ende zur gegenüberliegenden Seitenwand zeigt. Damit kann die Kerbbelastung in Bereich der Auskehlung gering gehalten werden.
Besonders bevorzugt ist diejenige Weiterbildung, bei der jede Seitenfläche des Schaufelfußes zumindest zwei Tragflanken aufweist und somit der Schaufelfuß eine tannenbaumförmige
Stirnflächenkontur bereitstellt, wobei die Auskehlung oberhalb derjenigen Tragflanke angeordnet ist, die aufgrund der Abstimmung der Abmaße von Turbinenlaufschaufelfuß und der entsprechenden Haltenut des Schaufelträgers die größte mecha- nische Belastung unter Fliehkrafteinwirkung erfahren soll. Da dies häufig die zuunterst angeordnete Tragflanke ist, ist die Auskehlung zweckmäßigerweise oberhalb der zuunterst angeord¬ neten Tragflanke angeordnet. Selbstverständlich ist es möglich, dass oberhalb jeder Tragflanke zumindest eine Auskehlung angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist jedoch diejenige Turbinenlaufschau¬ fel, bei der das Schaufelblatt eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand umfasst, die sich für ein Arbeitsmedium von einer Anströmkante zu einer Abströmkante erstrecken und bei der zumindest zwei Auskehlungen vorgesehen sind, von denen die eine der beiden Ausnehmungen an der anströmseitigen
Stirnfläche angrenzt und gleichzeitig an der druckseitigen Seitenfläche des Schaufelfußes vorgesehen ist und die andere der beiden Auskehlungen an der abströmseitigen Stirnfläche und gleichzeitig an der saugseitigen Seitenfläche des Schau¬ felfußes angeordnet ist. Mit anderen Worten: die Auskehlungen liegen einander diagonal gegenüber.
Diese Ausgestaltung trägt dem Umstand Rechnung, dass auf das Schaufelblatt auch Strömungskräfte einwirken, durch welche die Turbinenlaufschaufel ein Drehmoment erfährt, welches Drehmoment von dem Material des die Haltenuten umgebenden Schaufelträgers aufgenommen und kompensiert werden muss.
Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, bei der die Stirn¬ seiten in einem zu 100% normierten Abstand gegenüberliegen und die Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 10%, vorzugsweise nicht mehr 5% des besagten Abstands be¬ trägt. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bereits eine vergleichsweise kleine Ausnehmung zu einer signifikanten Vergleichmäßigung der Belastungen im Material des Schaufelträgers führen kann.
Weiter bevorzugt ist bei Vorhandensein zweier diagonal gegenüberliegenden Auskehlungen die stromabwärtigere Auskehlung in axialer Richtung länger ausgestaltet als die weiter stromauf angeordnete Auskehlung, da sich herausgestellt hat, dass in der stromabwärtigen Seite die von den Strömungskräften hervorgerufenen Belastungen größer sind als auf der
stromaufwärtigeren Seite.
Insgesamt betrifft die Erfindung eine Turbinenlaufschaufel für eine thermische Strömungsmaschine, bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse der Turbinenlaufschaufel von un¬ ten nach oben - genau gesagt von einem befestigungsseitigen Schaufelende zum gegenüberliegenden schaufelspitzseitigem Schaufelende anderen - einem Schaufelfuß zur Befestigung der Turbinenlaufschaufel an einem Rotor der Turbine ein Über¬ gangsbereich sowie ein sich daran anschließendes aerodyna¬ misch gekrümmtes Schaufelblatt folgt, wobei der Schaufelfuß zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen und zwei einander gegenüberliegende, die beiden Stirnflächen miteinan- der verbindende konturierte Seitenflächen aufweist, in wel¬ chen Seitenflächen unter Bildung einer Schwalbenschwanz- oder tannenbaumförmigen Stirnflächenkontur jeweils zumindest eine Tragflanke und eine Freiflanke ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken über konkave Verrundungen in den Übergangsbe- reich oder zu den Freiflanken übergehen. Um eine Turbinenlaufschaufel bereitzustellen, deren Verwendung in einem
Schaufelträger die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträ¬ gers verlängert, wird vorgeschlagen, dass in zumindest einer konkave Verrundung eine an eine der beiden Stirnseiten an- grenzende Auskehlung angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche geringer ist als die der Tragflanke.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, wel¬ che die Erfindung nicht näher einschränken, in der nachfol- genden Figurenbeschreibung näher erläutert. Dabei werden weitere Merkmale und weitere Vorteile angegeben. Es zeigen:
FIG 1 eine perspektivische Darstellung einer Turbinenlauf¬ schaufel,
FIG 2 die Seitenansicht auf den Ausschnitt eines Schaufel¬ trägers mit einer Haltenut und einer darin sitzenden Turbinenlaufschaufel und FIG 3 die Seitenansicht auf die Seitenflächen des Schaufel¬ fußes der Turbinenlaufschaufel aus Figur 2. In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Turbinen- laufschaufei 10. Die Turbinenlaufschaufel 10 umfasst entlang einer gedachten Längsachse 12 von unten nach oben einen
Schaufelfuß 14, an den sich ein Übergangsbereich und daran ein aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt 18 anschließt. Das Schaufelblatt 18 ist in bekannter Weise aerodynamisch ge- krümmt und umfasst eine Anströmkante 20 sowie eine
Abströmkante 22, die über eine Druckseitenwand 21 und eine Saugseitenwand 24 miteinander verbunden sind.
Der Schaufelfuß 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel schwalbenschwanzförmig ausgestaltet und umfasst somit zwei ebene Stirnflächen 26, 28, die einander gegenüberliegen, wovon die eine Stirnfläche 26 anströmseitig und die andere Stirnfläche 28 abströmseitig angeordnet ist. Die beiden
Stirnflächen 26, 28 sind mittels zweier gegenüberliegender Seitenflächen 30, 32 miteinander verbunden, wobei in den besagten Seitenflächen 30, 32 jeweils eine Tragflanke 34 und eine Freiflanke 35 ausgebildet ist, so dass die Konturen der Stirnflächen 26, 28 eine Schwalbenschwanzform ergeben. Die Tragflanken 34 gehen über eine konkave Verrundung 36 in den Übergangsbereich 16 über, welcher einerseits einen Schaufelhals umfassen kann und andererseits eine Plattform, die den Strömungspfad der thermischen Strömungsmaschine rotorseitig begrenzen kann. Die einander radial unmittelbar benachbarten Tragflanke 34 und Freiflanke 35 des Schaufelfußes 14 sind über eine konvexe Verrundung miteinander verbunden und bilden somit einen in der betreffenden Seitenfläche 30, 32 angeordneten Wulst, welcher sich von der anströmseitigen Stirnfläche 26 zu der ab- strömseitigen Stirnfläche 28 erstreckt.
In zumindest einer konkaven Verrundung ist eine an der Stirnseite 26 angrenzende Auskehlung 38 angeordnet, deren Erstre- ckung längs der Seitenflächen 30 geringer ist als die der Tragflanke 34 und die die tragende Fläche (siehe Figur 2) der Tragflanke 34 reduziert (verglichen mit der betreffenden Tragflanke 34 ohne die daran angrenzende Auskehlung) . Mit Hilfe der Auskehlung 38 treten in einer Turbinenlaufschaufel¬ anordnung 40 - umfassend einen im bestimmungsgemäßen Einsatz drehbaren Turbinenlaufschaufelträger 42, an dessen Außenumfang gleichmäßig längs des Umfangs verteilt eine Vielzahl von Haltenuten 48 vorgesehen sind, und in denen die Turbinenlauf- schaufei 10 angeordnet ist - geringere mechanische Belastun¬ gen auf, was die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträgers 42 verlängert.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt auf die Turbinenlaufschaufel- anordnung 40, bei der ein Turbinenlaufschaufelträger 42 als Rotorscheibe ausgebildet ist, die um eine Maschinenachse 44 gedreht werden kann. Am Außenumfang 46 der Rotorscheibe 42 ist lediglich eine der längs des Umfangs U gleichmäßig ver¬ teilten Haltenuten 48 für Turbinenlaufschaufeln gezeigt, in der eine Turbinenlaufschaufel 10 eingesetzt ist. Aufgrund der in beiden Seitenflächen 30, 32 des Schaufelfußes 14 angeord¬ neten Tragflanken 34 und Freiflanken 35 ergibt sich für die Stirnfläche 26 des Schaufelfußes 14 eine Kontur in Form eines Tannenbaums .
Die Tragflanken 34 sind zur gedachten Längsachse 12 der Turbinenlaufschaufel 10 symmetrisch ausgestaltet. Die Auskehlung 38 ist so angeordnet, dass der zwischen den gegenüberliegenden konkaven Verrundungen 36 und der Auskehlung 38 liegende Abstand F verringert ist verglichen mit dem Abstand ohne Aus¬ kehlung. Gleichzeitig ist die Auskehlung 38 so ausgestaltet, dass die Kontaktfläche der Tragflanke 34 des Schaufelfußes 40 und der ihr gegenüberliegenden Tragflanke der Haltenut 48 im Bereich der Auskehlung 38 verringert ist, im Vergleich zu demjenigen Kontaktbereich, bei dem keine Auskehlung vorgesehen ist. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Seitenfläche 30 des Schaufelfußes 14 der Turbinenlaufschaufel 10. Die beiden ebe¬ nen Stirnseiten 26, 28 liegen in einem zu 100% normierten Abstand A gegenüber, wobei die Längserstreckung der Auskehlung 38 eine Länge L, gemessen von der Stirnseite 26 aus, an der die Auskehlung 38 aus angrenzt, einen Betrag von 10 ~6 , vor zugsweise nicht mehr 5% des Abstands A nicht überschreitet. Hier beträgt er 3%.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenlaufschaufel (10) für eine thermische Strömungs¬ maschine,
bei der entlang einer gedachten Schaufellängsachse (12) der Turbinenlaufschaufel (10) von unten nach oben einem Schau¬ felfuß (14) zur Befestigung der Turbinenlaufschaufel (10) an einem Rotor der Turbine ein Übergangsbereich (16) sowie ein sich daran anschließendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt folgt,
wobei der Schaufelfuß (14) zwei einander gegenüberliegende ebene Stirnflächen (26, 28) und zwei einander gegenüberlie¬ gende, die beiden Stirnflächen miteinander verbindende kon- turierte Seitenflächen (30, 32) aufweist, in welchen Sei¬ tenflächen (30,32) jeweils zumindest eine Tragflanke (34) ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken (34) über konkave Verrundungen (36) in den Übergangsbereich oder zu Freiflanken übergehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
in zumindest einer konkave Verrundung (36) eine an eine der beiden Stirnseiten (26, 28) angrenzende Auskehlung (38) angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche ge¬ ringer ist als die der Tragflanke.
2. Turbinenlaufschaufel (10) nach Anspruch 1,
bei der die Auskehlung eine Randkontur mit einem spitzen zulaufenden Ende aufweist, welches besagte Ende zur gegen¬ überliegenden Seitenwand zeigt.
3. Turbinenlaufschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der jede Seitenfläche (30, 32) zumindest zwei Tragflan¬ ken (34) aufweisen und die Auskehlung (38) oberhalb der zuunterst angeordneten Tragflanke (34) angeordnet ist.
4. Turbinenlaufschaufel (10) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der oberhalb jeder Tragflanke (34) zumindest eine Aus¬ kehlung (38) angeordnet ist.
5. Turbinenlaufschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der das Schaufelblatt eine Druckseitenwand (21) und ei¬ ne Saugseitenwand (24) umfasst, die sich für ein Arbeitsme¬ dium von einer Anströmkante (20) zu einer Abströmkante (22) erstrecken, und bei der zumindest zwei Auskehlungen (38) vorgesehen sind, von denen die eine der beiden Auskehlungen (38) an der anströmseitigen Stirnfläche (26) angrenzt und an der druckseitigen Seitenfläche (30) vorgesehen ist und die andere der beiden Auskehlung an der abströmseitigen Stirnfläche (28) und an der saugseitigen Seitenfläche (32) angeordnet ist.
6. Turbinenlaufschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei der die beiden Stirnseiten (26, 28) in einem zu 100% normierten Abstand (A) gegenüber liegen und die axiale Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 10 ~6 , vor zugsweise nicht mehr 5% des besagten Abstands (A) beträgt.
7. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 5 und 6,
bei der die axialen Längen der einander diagonal gegenüberliegenden Auskehlungen (32) unterschiedlich groß sind.
8. Turbinenlaufschaufelanordnung (40)
umfassend einen im bestimmungsgemäßen Einsatz drehbaren Turbinenlaufschaufelträger (42), an dessen Außenumfang gleichmäßig längs des Umfangs verteilt eine Vielzahl von Haltenuten (48) vorgesehen sind, in denen Turbinenlauf- schaufeln (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche angeordnet sind.
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