EP3514326A1 - Rotor, insbesondere blisk einer gasturbine, und verfahren zum herstellen desselben - Google Patents

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EP3514326A1
EP3514326A1 EP19152020.4A EP19152020A EP3514326A1 EP 3514326 A1 EP3514326 A1 EP 3514326A1 EP 19152020 A EP19152020 A EP 19152020A EP 3514326 A1 EP3514326 A1 EP 3514326A1
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EP
European Patent Office
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rotor
recess
ring
disk
radial slot
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19152020.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Humhauser
Hermann Klingels
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221—Improvement of heat transfer

Definitions

  • the present invention relates to a rotor, in particular blisk of a gas turbine, according to the preamble of claim 1 and a method for producing the same according to the preamble of claim 8.
  • Blisk Blade Integrated Disk
  • rotor blades and a rotor disk are integrally assembled.
  • Blisks are used in particular in gas turbines and engine turbines.
  • Blisks are usually made of forgings, which are thermally only limited load. In such engine turbines, a high pressure compressor exit temperature is therefore a challenge for a blisk.
  • the weight and the efficiency of the compressor should be improved by the Bliskbauweise.
  • cooling air should be blown in the area of the rear cone and also around the last rotor stage or cool the cavity under the last vane. This is not possible with a conventional blisk design.
  • an axial or circumferential groove is used in the last high-pressure compressor stage to guide on the one hand by the groove bottom cooling air in the disk area and to the preceding compressor stage, and on the other hand in the range of high heat transfer from the annulus to the blade ground in To obtain circumferentially resolved structure in order to reduce high fluctuations between tensile and compressive stresses during load changes.
  • a gas turbine in which a cooling air flow is introduced into cavities.
  • US 8 727 695 B2 discloses a rotor with a bladed rotor ring. Adjacent to the rotor ring, a spacer is arranged, on whose outer peripheral surface a plurality of grooves are formed.
  • WO 2015 092 306 A1 discloses a rotor with a bladed rotor ring, wherein a plurality of ribs are provided on an outer peripheral surface of the rotor ring between rotor blades.
  • DE 10 2006 061 448 B4 discloses a blisk with a rotor disk and integrated rotor blades.
  • the rotor disk In the rotor disk are rectangular recesses, which are formed by spark erosion.
  • An object of the present invention is to improve a rotor, in particular a blisk, and its production method.
  • a rotor in particular a blisk of a gas turbine is provided, which has a rotor disk or a rotor ring and a rotor blade, which are arranged on a circumference of the rotor disk or the rotor ring.
  • a radial slot is provided at least between two rotor blades, which opens into a rounded recess extending between axial end sides of the rotor disk or the rotor ring.
  • the compressor pressure ratio OPR Overall Pressure Ratio
  • the compressor discharge temperature may be increased to improve the engine cycle.
  • the rounded recess is at least substantially free of edges, in particular round or elliptical, designed to minimize the stress peaks in the circumferential direction and the notch effect.
  • the rotor blades are inclined in their blade root with respect to a rotor axis at a first angle
  • the radial slot has a second angle with respect to the rotor axis in the peripheral surface of the rotor disk or the rotor ring, which is smaller than the first angle. This can avoid that the radial slot overlaps with the blade base.
  • the angle of the radial slot with respect to the rotor axis decreases when approaching the recess.
  • the angle of the radial slot with respect to the rotor axis in the transition into the recess can be substantially equal to an axial angle of the recess.
  • the radial slot can be optimally aligned with an axis of the recess, so that the voltage peaks can be better suppressed.
  • the rotor has an insert provided in the recess and having an axially extending passage.
  • optional cooling air can be blown into the respective front compressor stage. If the insert has no such passage, it serves as a seal for substantially closing or sealing the recess.
  • the insert has a radial clearance with respect to the recess and is configured to be moved by a centrifugal force relative to the rotor disk or the rotor ring upon rotation of the rotor.
  • the insert has a function as a damper to dampen a torsional vibration superimposed on the rotational speed.
  • a further aspect of the present invention relates to a method for producing a rotor, in particular a blisk of a gas turbine, by means of which the same advantages can be achieved.
  • the radial slot is made by wire erosion or wire sawing, and / or the recess is made by drilling.
  • the rotor is forged.
  • the insert is crimped or reamed at one end after it has been inserted into the recess. Thereby, the rotor can be easily manufactured at a low cost.
  • Fig. 1 shows a partial front view of a rotor according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows a cross-sectional view along a section line AA in the Fig. 1
  • Fig. 3 shows a partial top view of the rotor according to an embodiment of the present invention.
  • the rotor is designed as a blisk of a gas turbine, and it has a rotor ring 1 with integrated rotor blades 2, which are arranged on a circumference of the rotor ring 1.
  • a rotor disk may also be used be whose outer circumference is greater in relation to the inner bore than in the rotor ring. 1
  • At least one radial slot 3 is provided between two rotor blades 2, which opens into a rounded recess 4 which extends between axial end sides 5, 6 of the rotor disk or the rotor ring 2.
  • a diameter or a width of the recess 4 is equal to or greater than a width of the radial slot 3.
  • the radial slot 3 can be introduced, for example, by wire erosion. In this case, the radial slot extends continuously between the axial end sides 5, 6 of the rotor ring second
  • a radial slot 3 between two adjacent rotor blades 2 is provided in each case.
  • the number of radial slots 3 is equal to the number of rotor blades 2.
  • the present invention is not limited thereto, and more or fewer radial slots 3 may be used in the rotor.
  • more than one radial slot 3 may be provided between two adjacent rotor blades 2, or certain rotor blades 2 may be present on the rotor, between which no radial slot 3 is provided.
  • the ratio of the number of radial slots 3 to the number of rotor blades 2 on the rotor may be, for example, 1/2, 1/3, 2/1 or 3/1.
  • the recess 4 which may be in plan view a round hole, an ellipse or other rounded recess such as a bore.
  • the recess 4 forms a rounded outlet of the radial slot 3.
  • the recess 4 is formed substantially free of edges.
  • a width of the radial slot 3 is not greater than a diameter or a width of the recess 4. In this way, voltage peaks can be reduced, since circumferential stresses are avoided or displaced into the area of the recesses 4 which can now be flushed with cooling air. The notch effect is thereby minimized.
  • the dissolution The circumferential surface of the rotor ring 1 in the hot rim area through the radial slots 3 not only reduces the high voltages, but also allows cooling air transport through the radial slots 3 and possibly through the recesses 4 in the cavities of each front stage. As a result, an additional cooling effect can be achieved.
  • Fig. 3 shows how the rotor blades 2 are inclined in their blade base 21 with respect to a rotor axis x at a first angle ⁇ .
  • the radial slot 3 has in the peripheral surface of the rotor ring 1 a second angle ⁇ with respect to the rotor axis x, which is smaller than the first angle ⁇ . This ensures that the radial slots 3 do not intersect the rotor blades 2 in the outer circumferential surface of the rotor ring 1, ie in the blade base 21.
  • the angle of the radial slot 3 decreases with respect to the rotor axis x when approaching the recess 4.
  • the angle of the radial slot 3 with respect to the rotor axis x is substantially equal to an axial angle of the recess 4, i.
  • the radial slot 3 runs there parallel to an axis 41 of the recess 4.
  • the radial slot 3 can be prepared by placing a tensioned erosion wire at the second angle ⁇ on the peripheral surface of the rotor ring 1 and then radially with decreasing angle in the rotor ring 1 penetrates until it reaches the recess 4 extending in the axial direction.
  • Fig. 2 shows an insert 7, which is provided in the recess 4 and has an axially extending passage 8. Through the passage 8, cooling air flows through the rotor ring 1, for example to the respective front compressor stage. An inner diameter of the passage 8 is adapted to the desired air flow.
  • Fig. 4A shows another insert 9, which is provided in the recess 4 and the recess 4 substantially closes. In this way, the recess 4 is sealed.
  • the insert 9 has a cylindrical main body having at its axial end sides a first edge 11 and a second edge 12, whose outer diameters are each larger than that of the cylindrical main body. Approximately in the axial center of the insert 9, a wall 10 is formed, which prevents a flow through the insert 9.
  • the insert 7 may be configured similar to the insert 9, but there is instead of the wall 10 of the passage 8 exists.
  • the insert 7, 9 may have a radial clearance with respect to the recess 4 and may be configured to be moved by a centrifugal force relative to the rotor disk or the rotor ring 1 during a rotation of the rotor. As a result, the insert 7, 9 acts as a damper and can attenuate, for example, a torsional vibration superimposed on the rotational speed.
  • the speed Increasing the efficiency of the compressor can be increased.
  • the compressor pressure ratio OPR or the compressor discharge temperature may be increased to improve the engine cycle.
  • the basic structure of the rotor for example a blisk of a gas turbine, is provided which has the rotor ring 1 and the rotor blades 2 arranged on the circumference of the rotor ring 1.
  • the rotor ring 1 and the rotor blades 2 are integrated.
  • Such basic structure of the rotor can be obtained by, for example, forging.
  • At least one rounded recess 4 is introduced between axial end sides 5, 6 of the rotor ring 1, for example by drilling.
  • the radial slot 3 is inserted in the peripheral surface of the rotor ring 1 between two rotor blades 2 such that the radial slot 3 opens into the recess 4.
  • This can be done by wire erosion or wire saws. It can be a spanned erosion wire at the second angle ⁇ are placed on the peripheral surface of the rotor ring 1, which then radially penetrates at a smaller angle in the rotor ring until it reaches the recess 4 extending in the axial direction.
  • a width of the erosion wire and thus of the radial slot 3 is set equal to or smaller than a diameter or a width of the recess 4.
  • the inserts 7, 9 can be inserted or pressed into the recesses 4.
  • the Fig. 4A illustrates the insert 4 with the shape after it has been inserted in the recess 4
  • the Fig. 4B represents the insert 4 with the original shape before it is inserted in the recess 4.
  • the second edge 12 is not yet formed.
  • the insert 9 can be inserted into the recess 4 until the first edge 11 rests against one of the axial end sides 5 or 6 of the rotor ring 1.
  • the opposite end of the insert 9 is then crimped or freelancedornt, so that in the Fig. 4A shown shape with the second edge 12 is obtained.
  • the not yet used inserts 7, 9 may be formed as metal sleeves, metal tubes or rivets.
  • the insert 7 may be configured similar to the insert 9, but instead of the wall 10, the passage 8 is present. With a rotor, both the inserts 7 with the passage 8 and the inserts 9 with the wall 10 can be used mixed.
  • the transition between the radial slot 3 and the recess 4 may be rounded in order to minimize the stress peaks and the notch effect even more.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere Blisk einer Gasturbine, mit einer Rotorscheibe oder einem Rotorring (1) und Rotorschaufeln (2), die an einem Umfang der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) angeordnet sind. In einer Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) ist zwischen zwei Rotorschaufeln (2) zumindest ein Radialschlitz (3) vorgesehen, der in einer abgerundeten Aussparung (4) mündet, die zwischen axialen Endseiten (5, 6) der Rotorscheibe oder des Rotorrings (2) verläuft. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des Rotors.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, insbesondere Blisk einer Gasturbine, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen desselben gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.
  • Bei einer Blisk (Blade Integrated Disk) sind Rotorschaufeln und eine Rotorscheibe einstückig zusammengesetzt. Blisken finden insbesondere bei Gasturbinen und Triebwerksturbinen Verwendung. Blisken sind üblicherweise aus Schmiedewerkstoffen hergestellt, die thermisch nur begrenzt belastbar sind. Bei derartigen Triebwerksturbinen ist eine erhöhte Hochdruckverdichteraustrittstemperatur daher eine Herausforderung für eine Blisk. Gleichzeitig sollen durch die Bliskbauweise das Gewicht und der Wirkungsgrad des Verdichters verbessert werden. Um die thermomechanische Ermüdung der hinteren Rotorstufe trotz der erhöhten Temperaturen konstant zu halten, soll Kühlluft im Bereich des hinteren Konus eingeblasen werden und auch die letzte Rotorstufe umspülen bzw. die Kavität unter der letzten Leitschaufel kühlen. Dies ist bei einer herkömmlichen Bliskbauweise nicht möglich.
  • Bei Triebwerken mit Kühllufteinblasung und hohen Verdichteraustrittstemperaturen wird in der letzten Hochdruckverdichterstufe eine Axial- oder Umfangsnut verwendet, um einerseits durch den Nutgrund Kühlluft in den Scheibenbereich und zu der davorliegenden Verdichterstufe zu leiten, und um andererseits im Bereich von hohen Wärmeübergängen vom Ringraum zum Schaufelgrund eine in Umfangsrichtung aufgelöste Struktur zu erhalten, um damit bei Lastwechseln hohe Schwankungen zwischen Zug- und Druckspannungen zu reduzieren. Zum Beispiel offenbart DE 10 2009 021 384 A1 eine Gasturbine, bei der ein Kühlluftstrom in Kavitäten eingebracht wird.
  • US 8 727 695 B2 offenbart einen Rotor mit einem beschaufelten Rotorring. Angrenzend an dem Rotorring ist ein Abstandshalter angeordnet, an dessen äußerer Umfangsfläche mehrere Nuten ausgebildet sind.
  • WO 2015 092 306 A1 offenbart einen Rotor mit einem beschaufelten Rotorring, wobei mehrere Rippen an einer äußeren Umfangsfläche des Rotorrings zwischen Rotorschaufeln vorgesehen sind.
  • DE 10 2006 061 448 B4 offenbart eine Blisk mit einer Rotorscheibe und integrierten Rotorschaufeln. In der Rotorscheibe befinden sich rechteckige Ausnehmungen, die durch Funkenerosion ausgebildet werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor, insbesondere eine Blisk, und dessen Herstellungsverfahren zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Rotor, insbesondere eine Blisk einer Gasturbine vorgesehen, der eine Rotorscheibe oder einen Rotorring und Rotorschaufel hat, die an einem Umfang der Rotorscheibe oder des Rotorrings angeordnet sind. In einer Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings ist wenigstens zwischen zwei Rotorschaufeln ein Radialschlitz vorgesehen, der in einer abgerundeten Aussparung mündet, die zwischen axialen Endseiten der Rotorscheibe oder des Rotorrings verläuft.
  • In vorteilhafter Weise kann durch den Rotor mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration bei gleichem Kreisprozess d.h. zum Beispiel bei gleichem Verdichterdruckverhältnis OPR (Overall Pressure Ratio) oder bei gleicher Verdichteraustrittstemperatur seine Lebensdauer durch Kühlung und Spannungsreduzierung erhöht werden, oder es kann die Drehzahl zur Wirkungsgradsteigerung des Verdichters erhöht werden. Es kann auch das Verdichterdruckverhältnis OPR oder die Verdichteraustrittstemperatur erhöht werden, um den Kreisprozess des Triebwerkes zu verbessern.
  • Vorzugsweise ist die abgerundete Aussparung wenigstens im Wesentlichen kantenfrei, insbesondere rund oder elliptisch, ausgebildet, um die Spannungsspitzen in Umfangsrichtung und die Kerbwirkung zu minimieren.
  • Vorzugsweise sind die Rotorschaufeln in ihrem Schaufelgrund bezüglich einer Rotorachse in einem ersten Winkel geneigt, und der Radialschlitz hat in der Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings einen zweiten Winkel bezüglich der Rotorachse, der kleiner ist als der erste Winkel. Dadurch kann vermieden werden, dass sich der Radialschlitz mit dem Schaufelgrund überschneidet.
  • Vorzugsweise verkleinert sich der Winkel des Radialschlitzes bezüglich der Rotorachse beim Annähern an die Aussparung. Insbesondere kann der Winkel des Radialschlitzes bezüglich der Rotorachse im Übergang in die Aussparung ist im Wesentlichen gleich einem Achswinkel der Aussparung sein. Dadurch kann der Radialschlitz optimal an eine Achse der Aussparung ausgerichtet werden, so dass die Spannungsspitzen noch besser unterdrückt werden können.
  • Vorzugsweise hat der Rotor einen Einsatz, der in der Aussparung vorgesehen ist und einen axial verlaufenden Durchlass hat. Dadurch kann optional Kühlluft in die jeweils vordere Verdichterstufe geblasen werden. Falls der Einsatz keinen solchen Durchlass hat, dient er als Dichtung zum wesentlichen Verschließen bzw. Abdichten der Aussparung.
  • Weiter bevorzugt hat der Einsatz bezüglich der Aussparung ein radiales Spiel, und er ist dazu konfiguriert, bei einer Drehung des Rotors durch eine Fliehkraft relativ zur Rotorscheibe oder zum Rotorring bewegt zu werden. Dadurch hat der Einsatz eine Funktion als Dämpfer, um eine der Drehzahl überlagerte Torsionsschwingung zu dämpfen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rotors, insbesondere einer Blisk einer Gasturbine, durch das dieselben Vorteile erzielt werden können.
  • Vorzugsweise wird der Radialschlitz durch Drahterodieren oder Drahtsägen hergestellt, und/oder die Aussparung wird durch Bohren hergestellt. Vorzugsweise wird der Rotor geschmiedet. Vorzugsweise wird der Einsatz an einem Ende gebördelt oder aufgedornt, nachdem er in die Aussparung eingesetzt wurde. Dadurch kann der Rotor in einfacher Weise unter geringen Kosten hergestellt werden.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1
    eine ausschnittartige Vorderansicht eines Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2
    eine Querschnittansicht entlang einer Schnittlinie A-A in der Fig. 1;
    Fig. 3
    eine ausschnittartige Draufsicht des Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 4A
    eine Längsschnittansicht eines Einsatzes im eingesetzten Zustand; und
    Fig. 4B
    eine Längsschnittansicht des Einsatzes vor dem Einsetzen.
  • Fig. 1 zeigt eine ausschnittartige Vorderansicht eines Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie A-A in der Fig. 1, und Fig. 3 zeigt eine ausschnittartige Draufsicht des Rotors nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Der Rotor ist als eine Blisk einer Gasturbine ausgeführt, und er hat einen Rotorring 1 mit integrierten Rotorschaufeln 2, die an einem Umfang des Rotorrings 1 angeordnet sind. Alternativ kann anstelle des Rotorrings 1 auch eine Rotorscheibe verwendet werden, deren Außenumfang im Verhältnis zu der Innenbohrung größer ist als bei dem Rotorring 1.
  • In einer äußeren Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings 1, d.h. im Schaufelgrund oder im so genannten Scheibenrim, ist zwischen zwei Rotorschaufeln 2 zumindest ein Radialschlitz 3 vorgesehen, der in einer abgerundeten Aussparung 4 mündet, die zwischen axialen Endseiten 5, 6 der Rotorscheibe oder des Rotorrings 2 verläuft. Ein Durchmesser bzw. eine Breite der Aussparung 4 ist gleich oder größer als eine Breite des Radialschlitzes 3. Der Radialschlitz 3 kann zum Beispiel durch Drahterodieren eingebracht werden. Dabei verläuft der Radialschlitz durchgängig zwischen den axialen Endseiten 5, 6 des Rotorrings 2.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils ein Radialschlitz 3 zwischen zwei benachbarten Rotorschaufeln 2 vorgesehen. Bei dem dargestellten Rotor ist die Anzahl der Radialschlitze 3 gleich der Anzahl der Rotorschaufeln 2. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können mehr oder wenige Radialschlitze 3 im Rotor verwendet werden. Zum Beispiel können zwischen zwei benachbarten Rotorschaufeln 2 mehr als ein Radialschlitz 3 vorgesehen sein, oder es können bestimmte Rotorschaufeln 2 am Rotor vorhanden sein, zwischen denen kein Radialschlitz 3 vorgesehen ist. Das Verhältnis der Anzahl der Radialschlitze 3 zu der Anzahl der Rotorschaufeln 2 am Rotor kann zum Beispiel 1/2, 1/3, 2/1 oder 3/1 betragen.
  • Unterhalb des Rims mündet der Radialschlitz 3 in die Aussparung 4, die in der Draufsicht eine runde Bohrung, eine Ellipse oder eine andere abgerundeten Aussparung wie zum Beispiel eine Abbohrung sein kann.
  • Die Aussparung 4 bildet einen verrundeten Auslauf des Radialschlitzes 3. Die Aussparung 4 ist im Wesentlichen kantenfrei ausgebildet. Eine Breite des Radialschlitzes 3 ist nicht größer als ein Durchmesser bzw. eine Breite der Aussparung 4. Auf diese Weise können Spannungsspitzen reduziert werden, da Umfangsspannungen vermieden werden bzw. in den nun mit Kühlluft umspülbaren Bereich der Aussparungen 4 verschoben werden. Auch die Kerbwirkung wird dadurch minimiert. Das Auflösen der Umfangsfläche des Rotorrings 1 im heißen Rimbereich durch die Radialschlitze 3 reduziert nicht nur die hohen Spannungen, sondern ermöglicht zusätzlich einen Kühllufttransport durch die Radialschlitze 3 und ggf. durch die Aussparungen 4 in die Kavitäten der jeweils vorderen Stufe. Dadurch kann ein zusätzlicher Kühleffekt erzielt werden.
  • Fig. 3 zeigt, wie die Rotorschaufeln 2 in ihrem Schaufelgrund 21 bezüglich einer Rotorachse x in einem ersten Winkel α geneigt sind. Der Radialschlitz 3 hat in der Umfangsfläche des Rotorrings 1 einen zweiten Winkel β bezüglich der Rotorachse x, der kleiner ist als der erste Winkel α. Dadurch wird sichergestellt, dass die Radialschlitze 3 die Rotorschaufeln 2 in der äußeren Umfangsfläche des Rotorrings 1, d.h. im Schaufelgrund 21, nicht schneiden.
  • In der Tiefenrichtung verkleinert sich der Winkel des Radialschlitzes 3 bezüglich der Rotorachse x beim Annähern an die Aussparung 4. Im Übergang in die Aussparung 4 ist der Winkel des Radialschlitzes 3 bezüglich der Rotorachse x im Wesentlichen gleich einem Achswinkel der Aussparung 4, d.h. der Radialschlitz 3 verläuft dort parallel zu einer Achse 41 der Aussparung 4. Fertigungstechnisch kann der Radialschlitz 3 dadurch hergestellt werden, dass ein aufgespannter Erosionsdraht im zweiten Winkel β auf die Umfangsfläche des Rotorrings 1 aufgesetzt wird und dann bei kleiner werdendem Winkel in den Rotorring 1 radial eindringt, bis er die in axialer Richtung verlaufende Aussparung 4 erreicht.
  • Fig. 2 zeigt einen Einsatz 7, der in der Aussparung 4 vorgesehen ist und einen axial verlaufenden Durchlass 8 hat. Durch den Durchlass 8 strömt Kühlluft durch den Rotorring 1, zum Beispiel zur jeweils vorderen Verdichterstufe. Ein Innendurchmesser des Durchlasses 8 ist an den gewünschten Luftdurchsatz angepasst.
  • Fig. 4A zeigt einen anderen Einsatz 9, der in der Aussparung 4 vorgesehen ist und die Aussparung 4 im Wesentlichen verschließt. Auf diese Weise wird die Aussparung 4 abgedichtet. Der Einsatz 9 hat einen zylindrischen Hauptkörper, der an seinen axialen Endseiten einen ersten Rand 11 und einen zweiten Rand 12 hat, deren Außendurchmesser jeweils größer sind als jener des zylindrischen Hauptkörpers. Etwa in der axialen Mitte des Einsatzes 9 ist eine Wand 10 ausgebildet, die eine Durchströmung durch den Einsatz 9 verhindert. Der Einsatz 7 kann ähnlich wie der Einsatz 9 konfiguriert sein, jedoch ist dort anstelle der Wand 10 der Durchlass 8 vorhanden.
  • Der Einsatz 7, 9 kann bezüglich der Aussparung 4 ein radiales Spiel haben und dazu konfiguriert sein, bei einer Drehung des Rotors durch eine Fliehkraft relativ zur Rotorscheibe oder zum Rotorring 1 bewegt zu werden. Dadurch wirkt der Einsatz 7, 9 als Dämpfer und kann zum Beispiel eine der Drehzahl überlagerte Torsionsschwingung dämpfen.
  • In vorteilhafter Weise kann durch den Rotor mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration bei gleichem Kreisprozess d.h. zum Beispiel bei gleichem Verdichterdruckverhältnis OPR (Overall Pressure Ratio) oder bei gleicher Verdichteraustrittstemperatur seine Lebensdauer durch Kühlung und Spannungsreduzierung erhöht werden, oder es kann bei noch offener Konzeptfindung die Drehzahl zur Wirkungsgradsteigerung des Verdichters erhöht werden. Es kann auch das Verdichterdruckverhältnis OPR oder die Verdichteraustrittstemperatur erhöht werden, um den Kreisprozess des Triebwerkes zu verbessern.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Rotors beschrieben.
  • Zunächst wird die Grundstruktur des Rotors, beispielsweise eine Blisk einer Gasturbine, bereitgestellt, die den Rotorring 1 und die am Umfang des Rotorrings 1 angeordneten Rotorschaufeln 2 aufweist. Bei der Blisk sind der Rotorring 1 und die Rotorschaufeln 2 integriert. Eine solche Grundstruktur des Rotors kann zum Beispiel durch Schmieden erhalten werden.
  • Zumindest eine abgerundete Aussparung 4 wird zwischen axialen Endseiten 5, 6 des Rotorrings 1 eingebracht, zum Beispiel durch Bohren.
  • Der Radialschlitz 3 wird in der Umfangsfläche des Rotorrings 1 zwischen zwei Rotorschaufeln 2 derart eingebracht, dass der Radialschlitz 3 in der Aussparung 4 mündet. Dies kann durch Drahterosion oder auch Drahtsägen erfolgen. Dabei kann ein aufgespannter Erosionsdraht im zweiten Winkel β auf die Umfangsfläche des Rotorrings 1 aufgesetzt werden, der dann bei kleiner werdendem Winkel in den Rotorring radial eindringt, bis er die in axialer Richtung verlaufende Aussparung 4 erreicht. Eine Breite des Erosionsdrahtes und somit des Radialschlitzes 3 ist gleich oder kleiner festgelegt als ein Durchmesser oder eine Breite der Aussparung 4.
  • Nach dem Ausbilden der Aussparungen 4 können die Einsätze 7, 9 in die Aussparungen 4 eingesetzt oder eingepresst werden. Die Fig. 4A stellt den Einsatz 4 mit der Gestalt dar, nachdem er in der Aussparung 4 eingesetzt wurde, und die Fig. 4B stellt den Einsatz 4 mit der ursprünglichen Gestalt dar, bevor er in der Aussparung 4 eingesetzt wird. Gemäß der Fig. 4B ist der zweite Rand 12 noch nicht ausgebildet. In dieser Form kann der Einsatz 9 in die Aussparung 4 eingesetzt werden, bis der erste Rand 11 an einer der axialen Endseiten 5 oder 6 des Rotorrings 1 anliegt. Das gegenüberliegende Ende des Einsatzes 9 wird dann gebördelt oder aufgedornt, so dass die in der Fig. 4A gezeigt Gestalt mit dem zweiten Rand 12 erhalten wird. Die noch nicht eingesetzten Einsätze 7, 9 können als Metallhülsen, Metallröhren oder auch Nieten ausgebildet sein.
  • Der Einsatz 7 kann ähnlich wie der Einsatz 9 konfiguriert sein, jedoch ist anstelle der Wand 10 der Durchlass 8 vorhanden. Es können bei einem Rotor sowohl die Einsätze 7 mit dem Durchlass 8 als auch die Einsätze 9 mit der Wand 10 gemischt eingesetzt werden.
  • In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann der Übergang zwischen dem Radialschlitz 3 und der Aussparung 4 abgerundet sein, um die Spannungsspitzen und die Kerbwirkung noch stärker zu minimieren.
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei daraufhingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotorring
    2
    Rotorschaufel
    3
    Radialschlitz
    4
    Aussparung
    5
    axiale Endseite
    6
    axiale Endseite
    7
    Einsatz
    8
    Durchlass
    9
    Einsatz
    10
    Wand
    11
    erster Rand
    12
    zweiter Rand
    41
    Aussparungsachse
    x
    Rotorachse
    α
    erster Winkel
    β
    zweiter Winkel

Claims (11)

  1. Rotor, insbesondere Blisk einer Gasturbine, mit einer Rotorscheibe oder einem Rotorring (1) und Rotorschaufeln (2), die an einem Umfang der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in einer Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) zwischen wenigstens zwei Rotorschaufeln (2) zumindest ein Radialschlitz (3) vorgesehen ist, der in einer abgerundeten Aussparung (4) mündet, die zwischen axialen Endseiten (5, 6) der Rotorscheibe oder des Rotorrings (2) verläuft.
  2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundete Aussparung (4) wenigstens im Wesentlichen kantenfrei, insbesondere rund oder elliptisch, ausgebildet ist.
  3. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rotorschaufeln (2) in ihrem Schaufelgrund (21) bezüglich einer Rotorachse (x) in einem ersten Winkel (α) geneigt sind;
    der Radialschlitz (3) in der Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) einen zweiten Winkel (β) bezüglich der Rotorachse (x) hat, der kleiner ist als der erste Winkel (α).
  4. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    sich ein Winkel (β) des Radialschlitzes (3) bezüglich der Rotorachse (x) beim Annähern an die Aussparung (4) verkleinert.
  5. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Einsatz (7), der in der Aussparung (4) vorgesehen ist und einen axial verlaufenden Durchlass (8) hat.
  6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch
    einen Einsatz (9), der in der Aussparung (4) vorgesehen ist und die Aussparung (4) im Wesentlichen verschließt.
  7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (7, 9) bezüglich der Aussparung (4) ein radiales Spiel hat und dazu konfiguriert ist, bei einer Drehung des Rotors durch eine Fliehkraft relativ zur Rotorscheibe oder zum Rotorring (1) bewegt zu werden.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Rotors, insbesondere einer Blisk einer Gasturbine, der eine Rotorscheibe oder einen Rotorring (1) und Rotorschaufeln (2) aufweist, die an einem Umfang der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) angeordnet sind, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    Herstellen einer Grundstruktur des Rotors mit der Rotorscheibe oder dem Rotorring (1) und den Rotorschaufeln (2);
    Herstellen einer Aussparung (4) zwischen axialen Endseiten (5, 6) der Rotorscheibe oder des Rotorrings (2);
    Herstellen eines Radialschlitzes (3) in einer Umfangsfläche der Rotorscheibe oder des Rotorrings (1) zwischen wenigstens zwei Rotorschaufeln (2) derart, dass der Radialschlitz (3) in der Aussparung (4) mündet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor geschmiedet wird und /oder der Radialschlitz (3) durch Drahterodieren oder Drahtsägen oder Laserschneiden hergestellt wird und/oder die Aussparung (4) durch Bohren hergestellt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen Schritt zum Einsetzen eines Einsatzes (7, 9) in die Aussparung (4).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (7, 9) an einem Ende gebördelt oder aufgedornt wird, nachdem er in die Aussparung (4) eingesetzt wurde.
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