EP3183430B1 - Turbinenlaufschaufel - Google Patents

Turbinenlaufschaufel Download PDF

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EP3183430B1
EP3183430B1 EP15787931.3A EP15787931A EP3183430B1 EP 3183430 B1 EP3183430 B1 EP 3183430B1 EP 15787931 A EP15787931 A EP 15787931A EP 3183430 B1 EP3183430 B1 EP 3183430B1
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EP
European Patent Office
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blade
turbine rotor
rotor blade
flute
turbine
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EP15787931.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3183430A1 (de
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Fathi Ahmad
Radan RADULOVIC
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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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 an adjoining aerodynamically curved blade follows, wherein the blade root two opposing planar faces and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which side surfaces to form a dovetail or fir-tree-shaped end surface contour in each case at least one support flank is formed and in which the support flanks pass over concave fillets in the transition region or free flanks.
  • the turbine blade described above is well known in the art and is particularly used in gas turbines.
  • the latter For fastening the turbine blade to the rotor, the latter either has a circumferential shaft collar or a rotor disk, on whose outer circumference largely retaining grooves extending in the axial direction are provided.
  • 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 shaped accordingly to the end contour of the blade root of the turbine blade, so that overall a positive connection between the turbine blade and rotor is present, which holds the turbine blade securely on the rotor during normal operation of a turbine blade having the turbine blade, regardless of the forces acting on the turbine blade centrifugal forces ,
  • 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 object directed to the invention is achieved by a turbine blade according to claim 1.
  • the invention is based on the finding that the centrifugal force load caused by the turbine blade in the blade carrier varies in size along the length of the retaining nut. 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 stress concentrations occur that affect the predeterminable life of the blade carrier. For this reason, it is to extend the life of the blade carrier, for example. A rotor disc, helpful to reduce the voltages occurring there.
  • the turbine blade root along the Tragflankenerstreckung (from one of the two end faces of the blade root to the other of the two end faces) is designed to be different stiff.
  • the different stiffnesses are achieved in that at least two grooves according to claim 1 are provided in the region of the concave rounding.
  • the arrangement of the grooves in the region of the concave rounding reduces the load-bearing cross-section of the blade root present at this point. As such, the blade root becomes softer at this point compared to the stiffness of the blade root midway between the two opposing planar faces.
  • the groove has an edge contour with a tapered end, which shows said end to the opposite side wall.
  • At least two grooves are provided, of which one of the two recesses adjacent to the upstream end face and at the same time provided on the pressure-side side surface of the blade root and the other of the two grooves is arranged on the downstream end face and at the same time on the suction side side surface of the blade root.
  • the grooves are diagonally opposite each other.
  • This embodiment takes into account the fact that on the blade and flow forces act, 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 grooves.
  • the length of the extension of the recess is not more than 10%, preferably not more than 5% of said distance. It has been found that even a comparatively small recess can lead to a significant equalization of the loads in the material of the blade carrier.
  • each side surface of the blade root has at least two support flanks and thus the blade root provides a fir-tree-shaped end surface contour, wherein the groove is arranged above that supporting flank which, due to the coordination of the dimensions of the turbine blade root and the corresponding retaining groove of the blade carrier, is the largest should experience mechanical stress under centrifugal force. Since this is often the lowest arranged supporting flank, the groove is expediently arranged above the lowermost arranged supporting flank.
  • each support flank is arranged above each support flank.
  • downstream groove in the axial direction is made longer than the further upstream groove, as it has been found that in the downstream side, the loads caused by the flow forces are greater than on the upstream side.
  • the invention relates to a turbine blade for a thermal turbomachine, in which along a imaginary blade longitudinal axis of the turbine blade from bottom to top - specifically from a mounting side blade end to the opposite blade tip end blade other - a blade root for attachment of the turbine blade on a rotor of the turbine a transition region and an adjoining aerodynamically curved blade follows, the blade root two opposite each other planar end faces and two opposing, the two end faces interconnected contoured side surfaces, in which 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 wherein the support flanks via concave fillets in the transition region or to pass over the free flanks.
  • the feature combination of the characterizing part of claim 1 is proposed.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a turbine blade 10.
  • the turbine blade 10 includes along an imaginary longitudinal axis 12 from bottom to top a 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 an 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.
  • the two 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 each other via a convex fillet and thus form a in the respective side surface 30, 32 arranged bead which extends from the upstream end surface 26 to the downstream end surface 28.
  • a groove 38 which adjoins the front side 26 is arranged, the extent of which is along the side surfaces 30 is smaller than that of the support flank 34 and the supporting surface (see FIG. 2 ) of the support flank 34 is reduced (compared to the respective support flank 34 without the groove adjacent thereto).
  • a turbine blade assembly 40 comprising a normally rotatable turbine blade carrier 42 having a plurality of retaining grooves 48 distributed uniformly along the periphery thereof and having the turbine blade 10 disposed there are less mechanical stresses. which prolongs the life of the turbine blade carrier 42.
  • FIG. 2 11 shows a section of the turbine blade assembly 40 in which a turbine blade carrier 42 is formed as a rotor disk that can be rotated about a machine axis 44. On the outer circumference 46 of the rotor disk 42 only one of the circumferentially U uniformly distributed retaining grooves 48 is shown for turbine blades, in which a turbine blade 10 is used. Due to the arranged in both side surfaces 30, 32 of the blade root 14 supporting flanks 34 and free flanks 35 results for the end face 26 of the blade root 14 a contour in the form of a Christmas tree.
  • 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 distance F between the opposed concave fillets 36 and the groove 38 is reduced compared to the no-fill distance.
  • 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.
  • FIG. 3 shows a plan view of the side surface 30 of the blade root 14 of the turbine blade 10.
  • the two flat 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 end face 26 of which adjoins the groove 38 from, does not exceed an amount of 10%, preferably not more than 5% of the distance A.
  • it is 3%.

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

Description

  • 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 A1 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 A1 eine Ausnehmung oberhalb der Tragflanke des Schaufelfußes, welche vom stromabwärtigen Ende des Schaufelfußes sich über eine axialen Länge von 30% des Schaufelfußes hin zur Mitte erstreckt. Eine noch längere Ausnehmung zum Zwecke der Spannungsreduzierung offenbart die US 2008/0063529 A1 . Einen Freistich radial unterhalb der Anströmkante des Schaufelblatts offenbart die DE 10 2009 025 814 A1 . 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 Turbinenlaufschaufel gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben, die in angegebener Weise miteinander kombiniert werden können.
  • 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 Schaufelträgers 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 auftretenden Spannungen zu reduzieren.
  • Die Reduzierung der dort auftretenden Spannungen wird dadurch erreicht, dass der Turbinenlaufschaufelfuß längs der Tragflankenerstreckung (von der einen der beiden Stirnflächen des Schaufelfußes zu der anderen der beiden Stirnflächen) unterschiedlich steif ausgebildet ist. Die unterschiedlichen Steifigkeiten werden dadurch erreicht, dass im Bereich der konkaven Verrundung zumindest zwei Auskehlungen nach Anspruch 1 vorgesehen sind. Durch die Anordnung der Auskehlungen 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 lokal 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 ausgebildet ist, verbessert.
  • Gleichzeitig wird die tragende Fläche der Tragflanke des Schaufelfußes aufgrund der Auskehlung verringert, so dass die wirksame Kontaktfläche zwischen der Tragflanke der Turbinenlaufschaufel und der Tragflanke der Haltenut dort lokal verringert ist. Auch dies führt zu einer geringeren Spannungskonzentration im Schaufelträger und erzielt somit ebenso die voran beschriebenen Vorteile.
  • Weiter 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.
  • Zudem sind bei derjenigen Turbinenlaufschaufel, bei der das Schaufelblatt eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand umfasst, die sich für ein Arbeitsmedium von einer Anströmkante zu einer Abströmkante erstrecken, gemäss der Erfindung zumindest zwei Auskehlungen vorgesehen, 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 Schaufelfußes 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.
  • Darüber hinaus beträgt bei der Ausgestaltung, bei der die Stirnseiten in einem zu 100% normierten Abstand gegenüberliegen, die Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 10%, vorzugsweise nicht mehr 5% des besagten Abstands. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bereits eine vergleichsweise kleine Ausnehmung zu einer signifikanten Vergleichmäßigung der Belastungen im Material des Schaufelträgers führen kann.
  • 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 mechanische Belastung unter Fliehkrafteinwirkung erfahren soll. Da dies häufig die zuunterst angeordnete Tragflanke ist, ist die Auskehlung zweckmäßigerweise oberhalb der zuunterst angeordneten Tragflanke angeordnet.
  • Selbstverständlich ist es möglich, dass oberhalb jeder Tragflanke zumindest eine Auskehlung angeordnet ist.
  • Weiter bevorzugt ist 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 unten 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 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 und eine Freiflanke ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken über konkave Verrundungen in den Übergangsbereich oder zu den Freiflanken übergehen. Um eine Turbinenlaufschaufel bereitzustellen, deren Verwendung in einem Schaufelträger die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträgers verlängert, wird die Merkmalskombination aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele, welche die Erfindung nicht näher einschränken, in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Dabei werden weitere Merkmale und weitere Vorteile angegeben. Es zeigen:
    • FIG 1
    eine perspektivische Darstellung einer Turbinenlaufschaufel,
    FIG 2
    die Seitenansicht auf den Ausschnitt eines Schaufelträgers mit einer Haltenut und einer darin sitzenden Turbinenlaufschaufel und
    FIG 3
    die Seitenansicht auf die Seitenflächen des Schaufelfußes der Turbinenlaufschaufel aus Figur 2.
  • In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Turbinenlaufschaufel 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 gekrümmt 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 abströmseitigen Stirnfläche 28 erstreckt.
  • In zumindest einer konkaven Verrundung ist eine an der Stirnseite 26 angrenzende Auskehlung 38 angeordnet, deren Erstreckung 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 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, und in denen die Turbinenlaufschaufel 10 angeordnet ist - geringere mechanische Belastungen auf, was die Lebensdauer des Turbinenlaufschaufelträgers 42 verlängert.
  • Figur 2 zeigt einen Ausschnitt auf die Turbinenlaufschaufelanordnung 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 verteilten Haltenuten 48 für Turbinenlaufschaufeln gezeigt, in der eine Turbinenlaufschaufel 10 eingesetzt ist. Aufgrund der in beiden Seitenflächen 30, 32 des Schaufelfußes 14 angeordneten 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 Auskehlung. 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 ebenen 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%, vorzugsweise nicht mehr 5% des Abstands A nicht überschreitet. Hier beträgt er 3%.

Claims (6)

  1. 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 folgen, welches Schaufelblatt eine Druckseitenwand (21) und eine Saugseitenwand (24) umfasst, die sich für ein Arbeitsmedium von einer Anströmkante (20) zu einer Abströmkante (22) erstrecken,
    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) jeweils zumindest eine Tragflanke (34) ausgebildet ist, und bei der die Tragflanken (34) über konkave Verrundungen (36) in den Übergangsbereich oder zu an den Seitenflächen (30, 32) ausgebildeten Freiflanken (35) übergehen,
    wobei in zumindest einer konkaven Verrundung (36) eine an eine der beiden Stirnseiten (26, 28) angrenzende Auskehlung (38) angeordnet ist, deren Erstreckung längs der Seitenfläche geringer ist als die der Tragflanke,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Randkontur der Auskehlung (38) ein spitz zulaufendes Ende aufweist, welches besagte Ende zur gegenüberliegenden Seitenwand zeigt,
    dass die beiden Stirnseiten (26, 28) in einem zu 100% normierten Abstand (A) gegenüber liegen und die axiale Länge der Erstreckung der Auskehlung (38) nicht mehr als 10% des besagten Abstands (A) beträgt und
    dass 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 Auskehlungen an der abströmseitigen Stirnfläche (28) und an der saugseitigen Seitenfläche (32) angeordnet ist.
  2. Turbinenlaufschaufel (10) nach Anspruch 1,
    bei der jede Seitenfläche (30, 32) zumindest zwei Tragflanken (34) aufweist und die Auskehlung (38) oberhalb der zuunterst angeordneten Tragflanke (34) angeordnet ist.
  3. Turbinenlaufschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2,
    bei der oberhalb jeder Tragflanke (34) zumindest eine Auskehlung (38) angeordnet ist.
  4. Turbinenlaufschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der die axiale Länge der Erstreckung der Ausnehmung nicht mehr als 5% des besagten Abstands (A) beträgt.
  5. Turbinenlaufschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    bei der die axialen Längen der einander diagonal gegenüberliegenden Auskehlungen (32) unterschiedlich groß sind.
  6. 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 Turbinenlaufschaufeln (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche angeordnet sind.
EP15787931.3A 2014-10-28 2015-10-22 Turbinenlaufschaufel Active EP3183430B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14190587.7A EP3015652A1 (de) 2014-10-28 2014-10-28 Laufschaufel für eine Turbine
PCT/EP2015/074435 WO2016066511A1 (de) 2014-10-28 2015-10-22 Turbinenlaufschaufel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3183430A1 EP3183430A1 (de) 2017-06-28
EP3183430B1 true EP3183430B1 (de) 2019-03-20

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ID=51830220

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