EP4013950A1 - Rotor mit zwischen zwei rotorscheiben angeordnetem rotorbauteil - Google Patents

Rotor mit zwischen zwei rotorscheiben angeordnetem rotorbauteil

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EP4013950A1
EP4013950A1 EP20735094.3A EP20735094A EP4013950A1 EP 4013950 A1 EP4013950 A1 EP 4013950A1 EP 20735094 A EP20735094 A EP 20735094A EP 4013950 A1 EP4013950 A1 EP 4013950A1
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EP
European Patent Office
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rotor
flank
groove
projection
annular groove
Prior art date
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EP20735094.3A
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English (en)
French (fr)
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EP4013950B1 (de
Inventor
Peter Kury
Mirko Milazar
Christopher W ROSS
Yulia Bagaeva
Karsten Kolk
Ivan Lbov
Alexander Romanov
Harald Hoell
Kevin KAMPKA
Rene Mahnke
Andreas Föhrigen
Daniel Hofsommer
Ekkehard Maldfeld
Jörg Richter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
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    • F05D2260/37—Retaining components in desired mutual position by a press fit connection

Definitions

  • Rotor component with a rotor arranged between two rotor disks
  • the invention relates to a rotor of a gas turbine which has at least two rotor disks connected to one another, between which an annular rotor component is arranged.
  • annular rotor component for shielding the inner region of the rotor from the hot gas flowing through the gas turbine being arranged between the rotor disks.
  • the two rotor disks each have a plurality of rotor blades distributed around the outer circumference. Between the two rows of rotor blades there is a row with guide vanes distributed around the circumference, each of which is attached to the stationary housing. Because of the rotation of the rotor, there is inevitably a gap between the guide vanes and the rotor blades. This basically allowed hot gas to enter the area radially inside the guide vanes.
  • an annular rotor component is arranged between the two adjacent rotor disks in some gas turbines. For this purpose, this rotor component is mounted on both sides of the rotor disk.
  • the rotor component basically only has the task of preventing the penetration of hot gas. There is usually no other function.
  • the mounting of the rotor component is kept simple in the usual way, with only one annular, axially extending shoulder engaging in a corresponding annular groove.
  • the rotor component is supported on both sides of the respective rotor disk with a press fit.
  • the rotor component is usually arranged at the location of the press fit on the side facing the rotor axis relative to the rotor disk. This is due in particular to the fact that, when centrifugal forces occur, the rotor component is subject to greater deformation than the rotor disks, which are solidly designed on the other hand.
  • the object of the present invention is therefore to ensure the position of the rotor component even during the heating and cooling of the gas turbine without exceeding the permissible stresses on the Ro gate component or on the rotor disks.
  • the generic rotor is initially used for use in a gas turbine. Regardless of this, however, it is also possible to use the embodiment of the rotor in another To bring flow machine, for example in a steam turbine, to use.
  • At least the rotor has a first rotor disk and a second rotor disk that is directly and firmly connected to the first rotor disk.
  • the rotor disks each have a plurality of blade holding grooves which axially penetrate the respective rotor disk, distributed on the outer circumference.
  • the blade retaining grooves serve to hold blades.
  • first rotor disk has a circumferential first fastening projection extending axially towards the second rotor disk radially below the blade retaining grooves.
  • second rotor disk has a circumferential second fastening projection extending axially towards the first rotor disk radially below the blade retaining grooves.
  • An annular rotor component is arranged between the two rotor disks in the area of the blade holding grooves and / or radially below the blade holding grooves. This encloses the rotor, which is located in sections within the rotor component, or sections of the two rotor disks.
  • the rotor component has a circumferential, axially opening first annular groove at one axial end and a circumferential, axially opening second annular groove axially opposite.
  • the first fastening projection of the first rotor disk engages in the first annular groove and the second fastening projection of the second rotor disk engages in the second annular groove.
  • a defined position of the rotor component is now ensured without inadmissibly high stresses occurring by, when the rotor is at a standstill, when the rotor is essentially at room temperature, a Pressing is provided on the outer circumference of the first fastening projection.
  • a first groove outer flank of the first annular groove rests against a first protruding outer flank of the first fastening protrusion under pressure.
  • connection of the rotor component to the second rotor disk is essentially stress-free when the rotor is at a standstill at room temperature. For this, it is necessary that there is play between a second outer flank of the second annular groove and a second outer flank of the second fastening projection and that there is play between a second inner flank of the second annular groove and a second inner flank of the second fastening projection is.
  • An advantageous coordination with regard to the fastening of the rotor component between the rotor disks and the compressive stresses that occur, taking into account a rotation of the rotor when the gas turbine is started up with the associated expansions of the rotor component and the rotor disks, is particularly advantageous if in a first transition state at a first speed of the rotor , there is a change in the fastening state from the first rotor disk to the second rotor disk.
  • the first speed is lower than the nominal speed at which the rotor is operated as intended.
  • the transition state gives the first outer flank of the groove the same contact with the first outer flank of the protrusion, and the second inner flank of the groove also bears against the second inner flank of the protrusion. In contrast to this, there remains undiminished play between the first inside flank of the groove and the first inside protrusion flank, as well as play between the second outside flank of the groove (35) and the second outside flank of the protrusion.
  • the first speed is advantageously greater than 0.2 times the nominal speed.
  • the design should provide that the first speed is less than 0.6 times the nominal speed.
  • the position of the rotor component relative to the rotor disks can advantageously be guaranteed when the gas turbine is started up.
  • the pressure between the first outer flank of the protrusion and the outer flank of the groove decreases, with contact between the second inner flank of the groove and the second inner flank of the protrusion.
  • the rotor component is fixed by the second rotor disk.
  • the second speed is higher than the first speed, but lower than the nominal speed of the Turbo machine.
  • a second speed can advantageously be assumed which corresponds to at least 0.8 times the nominal speed.
  • the components In the second transition state, the components have a second transition temperature.
  • the rotor component When the gas turbine is started up and all components are heated up, the rotor component usually heats up significantly faster than the more massive rotor disks due to its lower mass.
  • the second transition temperature is characterized in that the rotor component has almost reached the operating temperature, while the rotor disks, on the other hand, have a temperature that is significantly lower than the operating temperature, for example by approximately 30%.
  • An advantageous assembly of the rotor component in the rotor is made possible if the diameter of the first annular groove is set in a suitable ratio to the diameter of the first fastening projection. It is particularly advantageous here if the rotor component is heated to an assembly temperature of at least 100 ° C. and a maximum of 200 ° C. for assembly, while the rotor disks, on the other hand, are at room temperature. Taking into account the corresponding expansion of the rotor component due to the temperature increase, the required dimension of the first annular groove in relation to the first fastening projection can be determined. It is advantageous here if at the assembly temperature the pressure between the first groove outer flank and the first projection outer flank corresponds to a maximum of 10% of the pressure between the two components at room temperature. It is particularly advantageous here if the overlap existing at room temperature is essentially eliminated by means of the assembly temperature with a corresponding design of the diameter of the fastening projection and the annular groove.
  • the pressure between the first groove inner flank and the first protrusion inner flank may in this case be a maximum of 10% of the pressure that is present at room temperature between the first groove outer flank and the first protrusion outer flank. It is advantageous in any case if a play remains between the first groove inner flank and the first projection inner flank even at the assembly temperature.
  • the rotor component it has a cover section by means of which the blade holding grooves or the blade roots fastened in the blade holding grooves can be covered at least in sections by the rotor blade.
  • the cover section extends in the circumferential direction and radially.
  • the cover section is arranged radially outside of the first ring segment groove. It is further provided that the cover section rests axially with a support surface on an end face of the first rotor disk in the area between the blade holding grooves.
  • the rotor component has a cover section axially opposite on both sides.
  • the support surface rests against the end surface under pressure when the cover section is elastically deformed. It can thus be ensured that when the turbo machine is in operation from standstill up to the nominal speed at operating temperature, the support surface is always in contact with the end face.
  • the rotor component is heated to an assembly temperature between 100 ° C and 200 ° C, which is accompanied by a deformation of the rotor component and in particular of the cover section, so that in the intended position of the rotor component in the area of the annular groove relative to the fastening projection, the pressure between the support surface and the end face corresponds to a maximum of 10% of the pressure at room temperature.
  • This state with the deformation in particular of the cover section in the axial direction in the area of the support surface is favored on the one hand by the design of the rotor component with the cover section arranged at the axial end.
  • a design with a lower material thickness is effective in the central area between the two annular groove advantageous in terms of the desired deformation.
  • the desired effect can be promoted by the targeted increase in temperature, preferably in the area of the first annular groove.
  • the corresponding design of the rotor component in particular the definition of the diameter of the first annular groove and the second annular groove as well as the overlap between the support surface and the end face, taking into account the possible installation temperature of the rotor component, on the one hand, enables installation without too much effort and a secure location of the Rotor component guaranteed between the rotor disks in operation.
  • a free first expansion distance is maintained between a first projection end face of the first fastening projection and the first groove base of the first annular groove.
  • the first expansion distance here is at least 0.5 mm.
  • the first expansion distance is more than 5 mm.
  • a first expansion distance of at least 1 mm and a maximum of 2.5 mm is particularly advantageous.
  • a second expansion distance is present between a second projection end face of the second fastening projection and the second groove base of the second annular groove.
  • the second expansion distance should be a maximum of 0.2 times the first expansion distance.
  • the first rotor disk has to be made available once.
  • first rotor disk is stored horizontally with the rotor axis aligned vertically.
  • the rotor component must be heated to an assembly temperature of at least 100 ° C.
  • a temperature of 200 ° C should not be exceeded here.
  • the rotor component is to be placed on the first rotor disk in such a way that the first annular groove is located above the first fastening projection.
  • the rotor component can thus be pressed onto the first rotor disk until a support surface comes into contact with an end face of the rotor disk.
  • the target position of the rotor component relative to the rotor disk is achieved, the target position being achieved by a previously defined first expansion distance between a first projection face of the first fastening projection and the first groove base of the first annular groove is defined.
  • the rotor component can now cool down, during which the rotor component must be held in position relative to the first rotor disk.
  • the second rotor disk can be placed or pressed onto the first rotor disk and the rotor component at the same time.
  • the second fastening projection engages in the second annular groove.
  • an exemplary embodiment is outlined for a rotor according to the invention. Show it: 1 shows schematically in section the rotor component between two rotor disks;
  • Fig. 2 shows in detail the interference fit between the first loading fastening projection and the first annular groove
  • Fig. 3 in detail the game between the second fastening supply projection and the second annular groove
  • FIGS. 4-7 show the displacement of the rotor component relative to the rotor disks when the gas turbine is started up
  • FIGS. 8-11 show the assembly of the rotor component on the first rotor disk.
  • FIG. 1 the installation of the rotor component 21 between the rotor disks 01 and 11 is sketched schematically in a sectional illustration.
  • the rotor disks 01, 11 each have blade holding grooves 02, 12 that penetrate axially through the respective rotor disk 01, 11 on the outer circumference.
  • the blade retaining grooves 02, 12 are intended to accommodate blades.
  • the respective rotor disks 01, 11 in turn each have a fastening projection 04, 14 running around the rotor axis 10. As can be seen, the fastening projections 04, 14 each extend axially to the opposite rotor disk. That located between the two rotor disks 01, 11
  • Rotor component 21 covers the space between the rotor disks 01, 11.
  • the rotor component 21 has an annular groove 24, 34 on each of the axially opposite sides, into which the respective fastening projection 04, 24 engages.
  • the cover section 22, which 22 extends in the circumferential direction and radially, can also be seen at an axial end of the rotor component 21. This 22 covers the blade retaining grooves 02 in the first rotor disk.
  • the press fit between tween the first fastening projection 04 and the first annular groove 24 is now outlined in detail. For this purpose, the rotor component 21 is shown axially offset for better visibility.
  • the first rotor disk has a first outer projection flank 05 on the first fastening projection 04 on the radially outer side.
  • the first projection inner flank 06 is located on the radially opposite side.
  • the first projection end face 07 is located at the free end of the first fastening projection 04.
  • the rotor component 21 has a first groove on the first annular groove 24 on the radially outer side.
  • Outer flank 25 and on the radially inner side a first groove inner flank 26.
  • Opposite the first protrusion end face 07 is the first groove base 27 on the annular groove 24 available. This results from a geometric overlap 08 between the two corresponding components 01, 21.
  • On the radially opposite inner side there is a play 28 between the first projection inner flank and the first groove inner flank.
  • FIG. 3 the assembly between the second rotor disk 11 and the rotor component 21 is sketched in detail, the rotor component 21 being offset analogously to FIG. 2.
  • the second rotor disk 11 with rudimentary blade retaining groove 12 and the second fastening projection 14 can again be seen; this 14 has the second projection outer flank 15 on the radially outer side and the second projection inner flank 16 on the radially opposite side and the second projection end face 17 on the front side on.
  • the second groove outer flank 35 and opposite the second groove inner flank 36 and opposite the second projection end face 17 the second groove base 27 are located on the second annular groove 34 on the radially outer side.
  • FIG. 4 the state after assembly or in the idle state is sketched as described above.
  • FIG. 5 now shows the first transitional state when starting up the gas turbine. If the rotor is now set in motion, a first speed w ⁇ is reached, which w ⁇ is still well below the nominal speed wN, whereby the component temperatures T01, 11, 21 of the rotor disks 01, 14 and the rotor component can be slightly increased, but still far are removed from the operating temperature TN. It is essential that, in the first transitional state, the second groove inner flank 36 now rests against the second projection inner flank 16. Depending on the temperature T01, 11, 21 of the components 01, 11, 21 and the existing play 29 in the idle state, the installation takes place at different speeds, the play 29 preferably being set to a value that corresponds to an installation at approximately 0.3- times the nominal speed wN.
  • the second fastening projection 14 and the rotor component 21 on the radially inner side increases, whereas the pressure between the first fastening projection 04 and the rotor component 21 on the radially outer side decreases.
  • the second transition state which is sketched in FIG. 6, there is now a play on the radially outer side between the first fastening projection 04 and the rotor component 21 Free space is available.
  • the second speed w2 lies between the first speed w ⁇ in the first transition state and the nominal speed wN, the second speed w2 being approximately 0.6 times the nominal speed wN.
  • the component temperature T01, 11 of the rotor disks 01, 11 is significantly lower than that
  • Component temperature T21 of the rotor component which T21 gradually approaches the operating temperature TN.
  • FIGS. 8 to 11 the assembly of the rotor component 21 on the first rotor disk 01 is shown schematically. It should be noted at this point that, for advantageous assembly, the rotor disk 01 is aligned vertically and not horizontally as shown here, and the rotor component 21 is accordingly located above the rotor disk 0 1. As described above, it is provided that an overlap 08 between the first projection outer flank 0 5 of the first fastening projection 04 and the first groove outer flank 25 of the first annular groove 24 is present, so that a press fit is created. Furthermore, it is provided that the cover section 22 rests with a support surface 23 under pressure on an end surface 03 of the rotor disk 01. This requires the rotor component 21 to be heated for advantageous assembly.
  • FIG. 9 sketches the position of the rotor component 21 on the rotor disk 01 after the rotor component 21 has taken place until the support surface 23 rests on the end face 03.
  • an enlarged expansion distance 33 ′ remains between the first projection end face 07 and the first groove base 27.
  • the rotor component 21 is then pressed onto the first fastening projection 04 of the first rotor disk 01 until the previously defined expansion distance 33 is reached - see FIG. 10.
  • the deformation continues the cover section 22, an initial pressure being produced between the support surface 23 and the end surface 03.
  • FIG. 11 now shows the state when, starting from the desired position, as shown in FIG. 10, the rotor component 21 cools down again. Care must be taken that the expansion distance 33 is kept constant.
  • the temperature-related deformation of the cover section 22 now remains as a geometrically-related deformation with a pressure between the support surface 23 and the end face 03, here in FIG. 11 the theoretical state with an overlap 13 between the rotor component 21 and the rotor disk 01 is sketched.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine mit zwei benachbarten Rotorscheiben (01, 11), an denen jeweils Laufschaufeln befestigt sind, wobei zwischen den Rotorscheiben (01, 11) ein ringförmiges Rotorbauteil (21) angeordnet ist, welches an den gegenüberliegenden Enden umlaufende Ringnuten (24, 34) aufweist, in die jeweils ein umlaufender Befestigungsvorsprung (04, 14) der jeweiligen Rotorscheibe (01, 11) eingreift. Dabei ist vorgesehen, dass im Stillstand des Rotors eine erste Nut-Außenflanke (25) der ersten Ringnut (24) an einer ersten Vorsprung-Außenflanke (05) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) unter Pressung anliegt und zwischen einer ersten Nut-Innenflanke (26) der ersten Ringnut (24) und einer ersten Vorsprung-Innenflanke (06) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) ein Spiel vorhanden ist.

Description

Beschreibung
Rotor mit zwischen zwei Rotorscheiben angeordnetem Rotor bauteil
Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine, welcher zumindest zwei miteinander verbundene Rotorscheiben aufweist, zwischen denen ein ringförmiges Rotorbauteil angeordnet ist.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen von Rotoren zur Verwendung bei Gasturbinen mit miteinander verbundenen Rotorscheiben bekannt, wobei zwischen den Rotorscheiben ein ringförmiges Rotorbauteil zur Abschirmung des inneren Bereichs des Rotors gegenüber dem die Gasturbine durchströmenden Heißgas angeordnet ist. Hierbei weisen die beiden Rotorscheiben jeweils am Außenumfang verteilt eine Mehrzahl Laufschaufeln auf. Zwischen den beiden Reihen an Laufschaufeln befindet sich eine Reihe mit im Umfang verteilt angeordneten Leitschaufein, welche jeweils am ruhenden Gehäuse befestigt sind. Zwischen den Leitschaufein und den Laufschaufeln ist hierbei aufgrund der Rotation des Rotors zwangsläufig ein Spalt vorhanden. Dieser ermöglichte grundsätzlich das Eintreten von Heißgas in den Bereich radial innerhalb der Leitschaufein. Um das Heißgas vom inneren des Rotors abzuhalten wird bei einigen Gasturbinen zwischen den beiden benachbarten Rotorscheiben ein ringförmiges Rotor bauteil angeordnet wird. Hierzu wird dieses Rotorbauteil beidseitig an der Rotorscheibe gelagert.
Das Rotorbauteil hat dem Grunde nach nur die Aufgabe, das Eindringen von Heißgas zu verhindern. Eine weitere Funktion ist in der Regel nicht vorhanden. Entsprechend wird in üblicher Weise die Lagerung des Rotorbauteils einfach gehalten, wobei lediglich ein ringförmiger, sich axial erstreckende Absatz in eine entsprechende ringförmige Nut eingreift. Zur Sicherstellung der Lage des Rotorbauteils zwischen den beiden Rotorscheiben ist in der Regel vorgesehen, dass das Rotorbauteil beidseitig an der jeweiligen Rotorscheibe mit einer Presspassung gelagert ist. Dabei ist üblicherweise das Rotorbauteil an der Stelle der Presspassung auf der zur Rotorachse weisenden Seite relativ zur Rotorscheibe angeordnet. Dies bedingt sich insbesondere dadurch, dass das Rotorbauteil bei auftretenden Fliehkräften einer größeren Verformung unterliegt als die demgegenüber massiv ausgeführte Rotorscheiben .
Wenngleich sich die übliche Ausführungsform aus dem Stand der Technik bewährt hat, so können je nach Auslegung der Presspassung und den möglichen elastischen Verformungen beim Aufheizen der Gasturbine bzw. beim Abkühlen der Gasturbine unterschiedliche thermische Dehnungen bei den Rotorscheiben sowie dem Rotorbauteil auftreten. Diese können unter Um ständen dazu führen, dass die Druckspannung in der Press passung verloren geht. Demgegenüber führt die Kombination der vorgesehenen Presspassung mit den Verformungen bei den Fliehkräften aufgrund einer Rotation des Rotors zu möglicherweise unzulässig hohen Druckspannungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Lage des Rotorbauteils auch beim Aufheizen und Abkühlen der Gastur bine ohne Überschreiten der zulässigen Spannungen am Ro torbauteil bzw. an den Rotorscheiben sicherzustellen.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Rotors nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zur Montage des Rotors ist im Anspruch 10 angegeben.
Der gattungsgemäße Rotor dient zunächst mal zur Verwendung bei einer Gasturbine. Unabhängig hiervon ist es jedoch ebenso möglich, die Ausführungsform des Rotors bei einer anderen Strömungsmaschine, beispielsweise bei einer Dampfturbine, zur Anwendung zu bringen.
Zumindest weist der Rotor eine erste Rotorscheibe und eine mit der ersten Rotorscheibe unmittelbar und fest verbundene zweite Rotorscheibe auf. Hierbei besitzen die Rotorscheiben am Außenumfang verteilt jeweils eine Mehrzahl von die jeweilige Rotorscheibe jeweils axial durchdringende Schaufelhaltenuten . Die Schaufelhaltenuten dienen hierbei zur Aufnahme von Laufschaufein.
Weiterhin weist die erste Rotorscheibe radial unterhalb der Schaufelhaltenuten einen umlaufenden, sich axial zur zweiten Rotorscheibe hin erstreckenden ersten Befestigungsvorsprung auf. Analog weist die zweite Rotorscheibe radial unterhalb der Schaufelhaltenuten einen umlaufenden, sich axial zur ersten Rotorscheibe hin erstreckenden zweiten Befestigungs vorsprung auf.
Zwischen den beiden Rotorscheiben im Bereich der Schaufel- haltenuten und/oder radial unterhalb der Schaufelhaltenuten ist ein ringförmiges Rotorbauteil angeordnet. Dieses umschließt den sich abschnittsweise innerhalb des Rotorbauteils befindenden Rotor, bzw. Abschnitte der beiden Rotorscheiben. Zur Zentrierung des Rotorbauteils relativ zu den Rotorscheiben sowie zugleich zur Befestigung weist das Rotorbauteil an einem axialen Ende eine umlaufende, sich axial öffnende erste Ringnut sowie axial gegenüberliegend eine umlaufende, sich axial öffnende zweite Ringnut auf.
Dabei greift der erste Befestigungsvorsprung der ersten Rotorscheibe in die erste Ringnut und der zweite Befestigungsvorsprung der zweiten Rotorscheibe in die zweiten Ringnut ein.
Erfindungsgemäß wird nunmehr eine definierte Lage des Rotor bauteils sichergestellt, ohne dass unzulässig hohe Spannungen auftreten, indem bei einem Stillstand des Rotors, bei dem der Rotor im Wesentlichen eine Raumtemperatur aufweist, eine Pressung am Außenumfang des ersten Befestigungsvorsprungs vorgesehen wird. Entsprechend liegt eine erste Nut-Außen flanke der ersten Ringnut an einer ersten Vorsprung-Außen- flanke des ersten Befestigungsvorsprungs unter Pressung an. Demgegenüber ist es erforderlich, dass im Stillstand bei Raumtemperatur radial gegenüberliegend zwischen einer ersten Nut-Innenflanke der ersten Ringnut und einer ersten Vorsprung-Innenflanke des ersten Befestigungsvorsprungs (04) ein Spiel vorhanden ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Presspassung beim Stillstand des Rotors, bei dem der Rotor insgesamt eine Raumtemperatur aufweist, auf der radial außen liegenden Seite bezüglich des Befestigungsvorsprungs an der ersten Rotor scheibe wird eine unzulässige Erhöhung der Druckspannung bei den auftretenden Fliehkräften vermieden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung des Rotorbauteils mit der zweiten Rotorscheibe bei Stillstand des Rotors bei Raumtemperatur im Wesentlichen spannungsfrei ist. Hierzu ist es notwendig, dass zwischen einer zweiten Nut- Außenflanke der zweiten Ringnut und einer zweiten Vorsprung- Außenflanke des zweiten Befestigungsvorsprungs ein Spiel vorhanden ist und zwischen einer zweiten Nut-Innenflanke der zweiten Ringnut und einer zweiten Vorsprung-Innenflanke des zweiten Befestigungsvorsprungs ein Spiel vorhanden ist.
Eine vorteilhafte Abstimmung bezüglich der Befestigung des Rotorbauteils zwischen den Rotorscheiben und den auftretenden Druckspannungen unter Berücksichtigung einer Rotation des Rotors beim Hochfahren der Gasturbine mit den einhergehenden Dehnungen des Rotorbauteils sowie der Rotorscheiben ist es besonders vorteilhaft, wenn in einem ersten Übergangszustand bei einer ersten Drehzahl des Rotors, ein Wechsel des Befestigungszustands von der ersten Rotorscheibe auf die zweite Rotorscheibe erfolgt. Die erste Drehzahl ist hierbei geringer als die Nenndrehzahl, bei der der Rotor bestimmungsgemäß betrieben wird. In diesem ersten Übergangszustand gibt unvermindert eine Anlage der ersten Nut-Außenflanke an der ersten Vorsprung-Außenflanke, wobei zudem eine Anlage der zweiten Nut-Innenflanke an der zweiten Vorsprung-Innenflanke gegeben ist. Im Gegensatz dazu verbleibt unvermindert ein Spiel zwischen der ersten Nut- Innenflanke und der ersten Vorsprung-Innenflanke sowie ein Spiel zwischen der zweiten Nut-Außenflanke (35) und der zweiten Vorsprung-Außenflanke.
Hierbei ist in vorteilhafter Weise die erste Drehzahl größer als die 0,2-fache Nenn-Drehzahl. Demgegenüber sollte die Auslegung vorsehen, dass die erste Drehzahl geringer als die 0,6-fache Nenn-Drehzahl ist. Zur Auslegung des er Übergangszustandes kann angenommen werden, dass sowohl die Rotorscheiben als auch das Rotorbauteil ungefähr die gleiche Temperatur aufweisen, welche ungefähr der Raumtemperatur entspricht oder darüber liegt, jedoch deutlich von der Betriebstemperatur entfernt ist.
Durch die entsprechende Festlegung der Durchmesser der ge genüberliegenden Befestigungsvorsprünge sowie der Ringnuten kann vorteilhaft die Lage des Rotorbauteils relativ zu den Rotorscheiben beim Hochfahren der Gasturbine gewährleistet werden. Mit zunehmender Drehzahl und relativ größerer Dehnung des Rotorbauteils relativ zu den Rotorscheiben nimmt die Pressung zwischen der ersten Vorsprung-Außenflanke und der ersten Nut-Außenflanke ab, wobei ein Kontakt zwischen der zweiten Nut-Innenflanke und der zweiten Vorsprung-Innenflanke entsteht. Insofern erfolgt ein Wechsel im ersten Übergangs zustand von der Fixierung des Rotorbauteils an der ersten Rotorscheibe auf eine Fixierung des Rotorbauteils an der zweiten Rotorscheibe.
Darüberhinausgehend ist es vorteilhaft, wenn in einem zweiten Übergangszustand bei einer zweiten Drehzahl des Rotors die Fixierung des Rotorbauteils von der zweiten Rotorscheibe übernommen wird. Die zweite Drehzahl ist hierbei höher als die erste Drehzahl, jedoch geringer als die Nenn-Drehzahl der Strömungsmaschine. Entsprechend ist eine Pressung zwischen der zweiten Nut-Innenflanke und der zweiten Vorsprung- Innenflanke vorhanden. Demgegenüber ist zwischen den weiteren Kontaktflächen, d. h. zwischen der ersten Nut-Außenflanke und der ersten Vorsprung-Außenflanke sowie zwischen der ersten Nut-Innenflanke und der ersten Vorsprung-Innenflanke sowie zwischen der zweiten Nut-Außenflanke und der zweiten Vorsprung-Außenflanke, ein Spiel vorhanden.
Zur Auslegung des zweiten Übergangszustandes kann vorteil haft eine zweite Drehzahl angenommen werden, welche zumin dest der 0,8-fachen Nenn-Drehzahl entspricht.
Beim zweiten Übergangszustand weisen die Bauteile eine zweite Übergangstemperatur auf. Beim Hochfahren der Gasturbine mit eintretender Aufheizung aller Bauteile erwärmt sich üblicherweise das Rotorbauteil aufgrund der geringeren Masse deutlich schneller als die massiveren Rotorscheiben. Entsprechend ist die zweite Übergangstemperatur dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil annähernd die Betriebstemperatur erreicht hat, während hingegen die Rotorscheiben eine gegenüber der Betriebstemperatur deut lich, beispielsweise um ca. 30%, geringere Temperatur auf weisen.
Sowohl zur sicheren Lagerung des Rotorbauteils zwischen den beiden Rotorscheiben sowie zur Abstützung des Rotorbauteils an den Rotorscheiben ist es besonders vorteilhaft, wenn bei der bestimmungsgemäßen Nenn-Drehzahl beidseitig des Rotorbauteils eine Abstützung erfolgt. Hierzu ist es erforderlich, dass die erste Nut-Innenflanke unter Pressung an der ersten Vorsprung-Innenflanke und die zweite Nut- Innenflanke unter Pressung an der zweiten Vorsprung- Innenflanke anliegt. Demgegenüber ist auf der radial außen liegenden ein Spalt vorhanden, das heißt ein Spiel zwischen der ersten Nut-Außenflanke und der ersten Vorsprung- Außenflanke sowie ein Spiel zwischen der zweiten Nut- Außenflanke und der zweiten Vorsprung-Außenflanke. Somit ist beidseitig sowohl die sichere Lage des Rotorbauteils auch eine Lastaufnahme der Fliehkraft gewährleistet.
Eine vorteilhafte Montage des Rotorbauteils im Rotor wird ermöglicht, wenn der Durchmesser der ersten Ringnut in ge eignetem Verhältnis zum Durchmesser des ersten Befesti gungsvorsprungs festgelegt wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Rotorbauteil zur Montage auf eine Montagetemperatur von zumindest 100 °C und maximal 200 °C aufgeheizt wird, während demgegenüber die Rotorscheiben Raumtemperatur aufweisen. Unter Berücksichtigung der ent sprechenden Dehnung des Rotorbauteils aufgrund der Tempe raturerhöhung kann die geforderte Abmessung der ersten Ringnut im Verhältnis zum ersten Befestigungsvorsprung er mittelt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei der Montagetemperatur die Pressung zwischen der ersten Nut- Außenflanke und der ersten Vorsprung-Außenflanke maximal 10% der Pressung zwischen den beiden Bauteilen bei Raum temperatur entspricht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn mittels der Montagetemperatur bei entsprechender Auslegung der Durchmesser von Befestigungsvorsprung und Ringnut die bei Raumtemperatur vorhandene Überschneidung im Wesentlichen aufgehoben wird.
Sollte bei der Montagetemperatur ein Spiel zwischen der ersten Nut-Außenflanke und der ersten Vorsprung-Außenflanke entstehen, so ist demgegenüber zu beachten, dass jedoch keine nennenswerte Überschneidung auf der radial innen liegenden Seite entsteht. Entsprechend darf die Pressung zwischen der ersten Nut-Innenflanke und der ersten Vorsprung-Innenflanke in diesem Fall maximal 10% der Pressung betragen, welche bei Raumtemperatur zwischen der ersten Nut-Außenflanke und der ersten Vorsprung-Außenflanke vorhanden ist. Vorteilhaft ist es in jedem Fall, wenn auch bei der Montagetemperatur ein Spiel zwischen der ersten Nut-Innenflanke und der ersten Vorsprung-Innenflanke verbleibt. In einer vorteilhaften Gestaltung des Rotorbauteils weist dieses einen Abdeckabschnitt auf, mittels dem die Schaufel- haltenuten bzw. die in den Schaufelhaltenuten befestigten Schaufelfüße von Laufschaufein zumindest abschnittsweise abgedeckt werden können. Hierzu ist es notwendig, dass sich der Abdeckabschnitt in Umfangsrichtung und radial erstreckt. Angeordnet ist dabei der Abdeckabschnitt radial außerhalb der ersten Ringsegmentnut. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass der Abdeckabschnitt mit einer Stützfläche axial an einer Stirnfläche der ersten Rotorscheibe im Bereich zwischen den Schaufelhaltenuten anliegt.
In besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass das Rotorbauteil axial gegenüberliegend beidseitig jeweils einen Abdeckabschnitt aufweist.
Zumindest ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Stützfläche unter Pressung bei elastischer Verformung des Abdeckabschnitt an der Stirnfläche anliegt. Somit kann gewährleistet werden, dass im Betrieb der Strömungsmaschine vom Stillstand bis zur Nenn-Drehzahl bei Betriebstemperatur in jedem Fall die Anlage der Stützfläche an der Stirnfläche gegeben ist.
Zur Erzielung der vorteilhaften Pressung zwischen Stützfläche und Stirnfläche bei Vermeidung erhöhter Montagekräfte kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Rotorbauteil auf eine Montagetemperatur zwischen 100 °C und 200 °C erhitzt wird, womit eine Verformung des Rotorbauteils und insbesondere des Abdeckabschnitts einhergeht, sodass bei bestimmungsgemäßer Lage des Rotorbauteils im Bereich der Ringnut relativ zum Befestigungsvorsprung die Pressung zwischen der Stützfläche und der Stirnfläche maximal 10% der Pressung bei Raum temperatur entspricht. Dieser Zustand mit der Verformung insbesondere des Abdeckabschnitts in axialer Richtung im Bereich der Stützfläche wird einerseits durch die Gestaltung des Rotorbauteils, mit dem sich am axialen Ende angeordneten Abdeckabschnitt, begünstigt. Weiterhin wirkt eine Gestaltung mit einer geringeren Materialstärke im mittleren Bereich zwischen den beiden Ringnut vorteilhaft hinsichtlich der gewünschten Verformung. Andererseits kann durch die gezielte Temperaturerhöhung vorzugsweise im Bereich der ersten Ringnut der gewünschte Effekt begünstigt werden.
Die entsprechende Gestaltung des Rotorbauteils, insbesondere die Festlegung der Durchmesser der ersten Ringnut und der zweiten Ringnut sowie der Überschneidung zwischen der Stützfläche und der Stirnfläche unter Berücksichtigung der möglichen Montagetemperatur des Rotorbauteils wird einer seits eine Montage ohne allzu großen Kraftaufwand ermöglicht als auch eine sichere Lage des Rotorbauteils zwischen den Rotorscheiben im Betrieb gewährleistet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei der Montage des Ro torbauteils an der ersten Rotorscheibe ein freier erster Dehnungsabstand zwischen einer ersten Vorsprung-Stirnfläche des ersten Befestigungsvorsprungs und dem ersten Nutgrund der ersten Ringnut eingehalten wird. Der erste Dehnungsabstand beträgt hierbei zumindest 0,5 mm. Demgegenüber kann es von Nachteil sein, wenn der erste Dehnungsabstand mehr als 5 mm beträgt. Besonders vorteilhaft ist insbesondere ein erster Dehnungsabstand von zumindest 1 mm und maximal 2,5 mm.
Gleichfalls kann vorgesehen sein, dass ein zweiter Deh nungsabstand zwischen einer zweiten Vorsprung-Stirnfläche des zweiten Befestigungsvorsprungs und dem zweiten Nutgrund der zweiten Ringnut vorhanden ist. Hierbei sollte der zweite Dehnungsabstand maximal dem 0,-2-fachen des ersten Dehnungsabstands entsprechen.
Die neuartige Gestaltung des Rotorbauteils hinsichtlich dessen Befestigung zwischen den beiden benachbarten Rotor scheiben führt zu einem neuen Verfahren zur Montage des Rotors.
Einmal ist die erste Rotorscheibe bereitzustellen.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die erste Rotorscheibe horizontal gelagert wird mit vertikal ausgerichteter Rotorachse .
Dabei bzw. im Folgenden muss das Rotorbauteil auf eine Montagetemperatur von zumindest 100 °C erhitzt werden.
Hierbei sollte eine Temperatur von 200 °C nicht überschritten werden.
Nunmehr gilt es das Rotorbauteil an der ersten Rotorscheibe anzubringen. Hierzu ist das Rotorbauteil so auf die erste Rotorscheibe aufzulegen, dass sich die erste Ringnut über dem ersten Befestigungsvorsprung befindet. Somit kann das Rotorbauteil auf die erste Rotorscheibe aufgepresst werden, bis eine Anlage einer Stützfläche an einer Stirnfläche der Rotorscheibe erfolgt.
Durch ein weiteres Aufschieben des Rotorbauteils auf die erste Rotorscheibe mit einer elastischen Verformung des Rotorbauteils wird die Soll-Lage des Rotorbauteils relativ zur Rotorscheibe erreicht, wobei die Soll-Lage durch einen vor definierten ersten Dehnungsabstand zwischen einer ersten Vorsprung-Stirnfläche des ersten Befestigungsvorsprungs und dem ersten Nutgrund der ersten Ringnut definiert ist.
Nunmehr kann das Rotorbauteil abkühlen, wobei währenddessen das Rotorbauteil in der Lage relativ zur ersten Rotorscheibe gehalten werden muss.
Abschließend kann die zweite Rotorscheibe zugleich auf die erste Rotorscheibe sowie das Rotorbauteil aufgelegt bzw. aufgepresst werden. Dabei erfolgt der Eingriff des zweiten Befestigungsvorsprungs in die zweite Ringnut.
In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Aus führungsform für einen erfindungsgemäßen Rotor skizziert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch im Schnitt das Rotorbauteil zwischen zwei Rotorscheiben;
Fig. 2 im Detail die Presspassung zwischen dem ersten Be festigungsvorsprung und der ersten Ringnut;
Fig. 3 im Detail das Spiel zwischen dem zweiten Befesti gungsvorsprung und der zweiten Ringnut;
Figuren 4-7 die Verschiebung des Rotorbauteils relativ zu den Rotorscheiben beim Hochfahren der Gasturbine;
Figuren 8-11 die Montage des Rotorbauteils an der ersten Rotorscheibe.
In der Fig. 1 wird schematisch in einer Schnittdarstellung der Einbau des Rotorbauteils 21 zwischen den Rotorscheiben 01 und 11 skizziert. Die Rotorscheiben 01, 11 weisen hierbei jeweils am Außenumfang verteilt die jeweilige Rotorscheibe 01, 11 axialdurchdringende Schaufelhaltenuten 02,12 auf. Die Schaufelhaltenuten 02, 12 sind zur Aufnahme von Laufschaufein bestimmt. Die jeweiligen Rotorscheiben 01, 11 besitzen wiederum jeweils einen um die Rotorachse 10 umlaufenden Befestigungsvorsprung 04, 14 auf. Wie zu erkennen ist, erstrecken sich die Befestigungsvorsprünge 04, 14 axial jeweils zur gegenüberliegenden Rotorscheibe. Dass sich zwischen den beiden Rotorscheiben 01, 11 befindende
Rotorbauteil 21 deckt den Zwischenraum zwischen den Rotorscheiben 01, 11 ab. Zur Befestigung weist das Rotor bauteil 21 an den axialen gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Ringnut 24, 34 auf, in die 24, 34 der jeweilige Befestigungsvorsprung 04, 24 eingreift. Weiterhin zu erkennen ist an einem axialen Ende des Rotorbauteils 21 der Abdeckabschnitt 22, welcher 22 sich in Umfangsrichtung sowie radial erstreckt. Dieser 22 deckt hierbei die Schaufelhaltenuten 02 in der ersten Rotorscheibe ab. In der Fig. 2 wird nunmehr im Detail die Presspassung zwi schen dem ersten Befestigungsvorsprung 04 und der ersten Ringnut 24 skizziert. Zur besseren Erkennbarkeit ist hierzu das Rotorbauteil 21 axial versetzt dargestellt. Die erste Rotorscheibe weist am ersten Befestigungsvorsprung 04 auf der radial außenliegenden Seite eine erste Vorsprung-Außenflanke 05 auf. Auf der radial gegenüberliegenden Seite befindet sich die erste Vorsprung-Innenflanke 06. Am freien Ende des ersten Befestigungsvorsprung 04 befindet sich die erste Vorsprung- Stirnfläche 07. Analog hierzu weist das Rotorbauteil 21 an der ersten Ringnut 24 auf der radial außenliegenden Seite eine erste Nut-Außenflanke 25 und auf der radial innenliegenden Seite eine erste Nut-Innenflanke 26 auf. Gegenüberliegend zur ersten Vorsprung-Stirnfläche 07 befindet sich an der Ringnut 24 der erste Nutgrund 27. Im Ruhezustand des Rotors bei Raumtemperatur, bzw. nach der Montage des Rotors, ist eine Presspassung zwischen der ersten Vorsprung- Außenflanke 05 und der ersten Nut-Außenflanke 25 vorhanden. Diese ergibt sich aufgrund einer geometrischen Überschneidung 08 zwischen den beiden entsprechenden Bauteilen 01, 21. Auf der radial gegenüberliegenden inneren Seite ist hingegen ein Spiel 28 zwischen der ersten Vorsprung-Innenflanke und der ersten Nut-Innenflanke vorhanden.
In der Fig. 3 wird im Detail der Zusammenbau zwischen der zweiten Rotorscheibe 11 und dem Rotorbauteil 21 skizziert, wobei analog zur Fig. 2 das Rotorbauteil 21 versetzt dar gestellt ist. Zu erkennen ist wiederum die zweite Rotor scheibe 11 mit ansatzweise der Schaufelhaltenut 12 sowie dem zweiten Befestigungsvorsprung 14.dieser 14 weist auf der radial außenliegenden Seite die zweite Vorsprung-Außenflanke 15 sowie radial gegenüberliegend die zweite Vorsprung- Innenflanke 16 und stirnseitig die zweite Vorsprung Stirnfläche 17 auf. Hierzu befindet sich am Rotorbauteil 21 an der zweiten Ringnut 34 auf der radial außen liegenden Seite die zweite Nut-Außenflanke 35 sowie gegenüberliegend die zweite Nut-Innenflanke 36 und gegenüberliegend zur zweiten Vorsprung-Stirnfläche 17 der zweite Nutgrund 27. Zu erkennen ist hierbei das im Ruhezustand, bzw. nach der Montage zwischen dem zweiten Befestigungsvorsprung 14 und der zweiten Ringnut 34 sowohl auf der radial außen liegenden Seite als auch auf der radial innenliegenden Seite ein Spiel 09, 29 vorhanden ist.
In der nachfolgenden Figurenfolge 4 bis 7 wird der Zustand des Rotorbauteils 21 in der Montage an den beiden Befesti gungsvorsprüngen 04, 14 beim Hochfahren der Gasturbine mit einer Erhöhung der Drehzahl auf die Nenndrehzahl wN und einer Erhöhung der Temperatur auf die Betriebstemperatur TN skizziert.
In der Fig. 4 wird der Zustand nach der Montage bzw. im Ruhezustand wie zuvor beschrieben skizziert. An der ersten Rotorscheibe 01 liegt auf der radial außen liegenden Seite die Presspassung aufgrund der Überschneidung 08 vor, während demgegenüber auf der radial innenliegenden Seite das Spiel 28 vorhanden ist. Ebenso gibt es ein freies Spiel 09, 29 auf beiden Seiten des zweiten Befestigungsvorsprungs 14.
Die Fig. 5 zeigt nunmehr den ersten Übergangszustand beim Hochfahren der Gasturbine. Wird nunmehr der Rotor in Bewe gung versetzt wird eine ersten Drehzahl wΐ erreicht, welche wΐ noch deutlich unter der Nenndrehzahl wN liegt, wobei die Bauteiltemperaturen T01,11,21 der Rotorscheiben 01, 14 sowie des Rotorbauteils sich geringfügig erhöht sein können, jedoch noch weit von der Betriebstemperatur TN entfernt sind. Wesentlich ist, dass im ersten Übergangszustand nunmehr eine Anlage der zweiten Nut-Innenflanke 36 an der zweiten Vorsprung-Innenflanke 16 stattfindet. Je nach Temperatur T01,11,21 der Bauteile 01, 11, 21 und vorhandenem Spiel 29 im Ruhezustand erfolgt die Anlage bei unterschiedlichen Drehzahlen, wobei das Spiel 29 vorzugsweise auf einen Wert festgelegt wird, der zu einer Anlage bei der ungefähr 0,3- fachen Nenndrehzahl wN führt. Mit Steigerung der Drehzahl und zunehmenden Temperaturen der Bauteile erhöht sich die Pressung zwischen dem zweiten Befestigungsvorsprung 14 und dem Rotorbauteil 21 an der radial innenliegenden Seite, wobei demgegenüber die Pressung zwischen dem ersten Befestigungsvorsprung 04 und dem Rotorbauteil 21 an der radial außen liegenden Seite abnimmt. Beim zweiten Übergangszustand, der in Fig. 6 skizziert wird, entsteht nunmehr ein Spiel auf der radial außen liegenden Seite zwischen dem ersten Befestigungsvorsprung 04 und dem Rotorbauteil 21. D.h., dass zwischen der ersten Vorsprung- Außenflanke 05 sowie der ersten Nut-Außenflanke 25 ein Freiraum vorhanden ist. In diesem Zustand liegt die zweite Drehzahl w2 zwischen der ersten Drehzahl wΐ im ersten Übergangszustand und der Nenndrehzahl wN, wobei die zweite Drehzahl w2 ungefähr der 0,6-fachen Nenndrehzahl wN entsprechend kann. Aufgrund der geringeren Masse des Rotorbauteils 21 relativ zu den Rotorscheiben 01, 11 heizt sich dieses beim Hochfahren der Gasturbine schneller auf. Entsprechend ist die Bauteiltemperatur T01,11 der Rotorscheiben 01, 11 deutlich geringer als die
Bauteiltemperatur T21 des Rotorbauteils, welche T21 sich allmählich der Betriebstemperatur TN annähert.
Fig. 7 zeigt in Zustand, wenn die Nenndrehzahl wN sowie die Betriebstemperatur TN erreicht ist. Ausgehend vom zweiten Übergangszustand mit Steigerung der Drehzahl erfolgt eine Anlage der ersten Vorsprung-Innenflanke 06 des ersten Befestigungsvorsprungs 04 an der ersten Nut-Innenflanke 26 der ersten Ringnut 24.
In der nachfolgenden Figuren 8 bis 11 wird die Montage des Rotorbauteils 21 an der ersten Rotorscheibe 01 schematisch dargestellt. Anzumerken ist an dieser Stelle, dass zur vorteilhaften Montage die Rotorscheibe 01 senkrecht und nicht wie hier dargestellte waagerecht) ausgerichtet wird, und sich dementsprechend das Rotorbauteil 21 oberhalb der Rotorscheibe 0 1 befindet. Wie zuvor beschrieben ist vorgesehen, dass eine Überschneidung 08 zwischen der ersten Vorsprung-Außenflanke 0 5 des ersten Befestigungsvorsprungs 04 und der ersten Nut- Außenflanke 25 der ersten Ringnut 24 vorhanden ist, so dass eine Presspassung entsteht. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Abdeckabschnitt 22 mit einer Stützfläche 23 unter Pressung an einer Stirnfläche 03 der Rotorscheibe 01 anliegt. Dies erfordert zur vorteilhaften Montage eine Aufheizung des Rotorbauteils 21.
Hierzu zeigt die Fig. 8 den Zustand der Rotorscheibe 01 sowie des sich darüber befindlichen Rotorbauteils 21, wobei das Rotorbauteil 21 zuvor auf eine Temperatur zwischen 100 °C und 200 °C erhitzt wurde. Hierbei wird einerseits erreicht, dass sich der Durchmesser der ersten Nut-Außenflanke 25 zumindest annähernd auf den Durchmesser der ersten Vorsprung- Außenflanke 05 vergrößert, womit ein Aufschieben des Rotorbauteils 21 auf den ersten Befestigungsvorsprung 04 ohne übermäßig große Kräfte ermöglicht wird.
Jedoch wird durch die besondere Formgebung des Rotorbauteils 21 bei der Erhitzung ein weiterer Effekt erzielt. Dieses ist die Verformung des Rotorbauteils 21 dahingehend, dass sich der Abdeckabschnitt 22 von der ersten Rotorscheibe 01 wegweisend verformt. Entsprechend vergrößert sich der Abstand zwischen der Stirnfläche 03 sowie der Stützfläche 23 im Gegensatz zum Zustand bei Raumtemperatur.
Hierzu skizziert die Fig. 9 die Lage des Rotorbauteils 21 an der Rotorscheibe 01, nachdem das Rotorbauteil 21 bis zur Anlage der Stützfläche 23 an der Stirnfläche 03 erfolgt ist. Dabei verbleibt ein vergrößerter Dehnungsabstand 33' zwischen der ersten Vorsprung-Stirnfläche 07 und dem ersten Nutgrund 27.
Nachfolgend erfolgt ein weiteres Aufpressen des Rotorbauteils 21 auf den ersten Befestigungsvorsprung 04 der ersten Rotorscheibe 01 bis der zuvor definierte Dehnungsabstand 33 erreicht ist - siehe Fig. 10. Dabei verformt sich weiterhin der Abdeckabschnitt 22, wobei eine anfängliche Pressung zwischen der Stützfläche 23 und der Stirnfläche 03 entsteht.
In der Fig. 11 wird nunmehr der Zustand dargestellt, wenn sich ausgehend von der Soll-Lage, wie in Fig. 10 dargestellt, das Rotorbauteil 21 wieder abkühlt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Dehnungsabstand 33 konstant gehalten wird. Die temperaturbedingte Verformung des Abdeckabschnitts 22 verbleibt nunmehr als geometrisch bedingte Verformung mit einer Pressung zwischen der Stützfläche 23 und der Stirnfläche 03hier in Fig. 11 wird der theoretische Zustand mit eine Überschneidung 13 zwischen dem Rotorbauteil 21 und der Rotorscheibe 01 skizziert.
01 erste Rotorscheibe
02 erste Schaufelhaltenut
03 Stirnfläche
04 erster Befestigungsvorsprung
05 erste Vorsprung-Außenflanke
06 erste Vorsprung-Innenflanke
07 erste Vorsprung-Stirnfläche
08 Überschneidung
09 Spiel
10 Rotorachse
11 zweite Rotorscheibe
12 zweite Schaufelhaltenut
13 Überschneidung
14 zweiter Befestigungsvorsprung
15 zweite Vorsprung-Außenflanke
16 zweite Vorsprung-Innenflanke
17 zweite Vorsprung-Stirnfläche
21 Rotorbauteil
22 Abdeckabschnitt
23 Stützfläche
24 erste Ringnut
25 erste Nut-Außenflanke
26 erste Nut-Innenflanke 27 erster Nutgrund
28 Spiel
29 Spiel
33 Dehnungsabstand 34 zweite Ringnut
35 zweite Nut-Außenflanke
36 zweite Nut-Innenflanke
37 zweiter Nutgrund

Claims

Patentansprüche
1. Rotor, insbesondere einer Gasturbine, mit einer ersten Rotorscheibe (01), welche (01)am Außenumfang verteilt eine Mehrzahl die Rotorscheibe (01) axial durchdringender erste Schaufelhaltenuten (02) und einen auf der zur Rotorachse weisenden Seite unterhalb der ersten Schaufelhaltenuten (02) angeordneten umlaufenden sich axial erstreckenden ersten Befestigungsvorsprung (04) aufweist, und mit einer zweiten Rotorscheibe (11), welche (11) mit der ersten Rotorscheibe (01) fest verbunden ist und am Außenumfang verteilt eine Mehrzahl die Rotorscheibe (11) axial durchdringender zweite Schaufelhaltenuten (12) und einen auf der zur Rotorachse weisenden Seite unterhalb der zweiten Schaufelhaltenuten (12) angeordneten umlaufenden sich axial erstreckenden zweiten Befestigungsvorsprung (14) aufweist, und mit einem ringförmigen umlaufenden Rotorbauteil (21), welches (21) auf einer Seite eine umlaufende sich axial öffnende erste Ringnut (24) und auf der gegenüberliegenden Seite eine umlaufende sich axial öffnende zweite Ringnut (34) aufweist, wobei der erste Befestigungsvorsprung (04) in die erste Ringnut (24) und der zweite Befestigungsvorsprung (14) in die zweite Ringnut (34) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand
- eine erste Nut-Außenflanke (25) der ersten Ringnut (24) an einer ersten Vorsprung-Außenflanke (05) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) unter Pressung anliegt und
- zwischen einer ersten Nut-Innenflanke (26) der ersten Ringnut (24) und einer ersten Vorsprung-Innenflanke (06) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) ein Spiel vorhanden ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Stillstand weiterhin
- zwischen einer zweiten Nut-Außenflanke (35) der zweiten Ringnut (34) und einer zweiten Vorsprung-Außenflanke (15) des zweiten Befestigungsvorsprungs (14) ein Spiel vorhanden ist und
- zwischen einer zweiten Nut-Innenflanke (36) der zweiten Ringnut (34) und einer zweiten Vorsprung-Innenflanke (16) des zweiten Befestigungsvorsprungs (14) ein Spiel vorhanden ist.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Übergangszustand bei einer ersten Drehzahl geringer als die bestimmungsgemäße Nenn-Drehzahl, insbesondere mit einer ersten Drehzahl zwischen der 0,2- fachen und der 0,6-fachen Nenn-Drehzahl,
- die erste Nut-Außenflanke (25) an der erste Vorsprung- Außenflanke (05) anliegt und
- zwischen der ersten Nut-Innenflanke (26) und der ersten Vorsprung-Innenflanke (06) ein Spiel vorhanden ist und
- zwischen der zweiten Nut-Außenflanke (35) und der zweiten Vorsprung-Außenflanke (15) ein Spiel vorhanden ist und
- die zweite Nut-Innenflanke (36) an der zweiten Vorsprung- Innenflanke (16) anliegt.
4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Übergangszustand bei einer zweiten Drehzahl größer als die erste Drehzahl und geringer als die bestimmungsgemäße Nenn-Drehzahl, insbesondere mit einer zweiten Drehzahl von mindestens der 0,8-fachen Nenn-Drehzahl,
- zwischen der ersten Nut-Außenflanke (25) und der ersten Vorsprung-Außenflanke (05) ein Spiel vorhanden ist und
- zwischen der ersten Nut-Innenflanke (26) und der ersten Vorsprung-Innenflanke (06) ein Spiel vorhanden ist und
- zwischen der zweiten Nut-Außenflanke (35) und der zweiten Vorsprung-Außenflanke (15) ein Spiel vorhanden ist und
- die zweite Nut-Innenflanke (36) an der zweiten Vorsprung- Innenflanke (16) unter Pressung anliegt.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der bestimmungsgemäßen Nenn-Drehzahl
- zwischen der ersten Nut-Außenflanke (25) und der ersten Vorsprung-Außenflanke (05) ein Spiel vorhanden ist und
- die erste Nut-Innenflanke (26) an der ersten Vorsprung- Innenflanke (06) unter Pressung anliegt und
- zwischen der zweiten Nut-Außenflanke (35) und der zweiten Vorsprung-Außenflanke (15) ein Spiel vorhanden ist und
- die zweite Nut-Innenflanke (36) an der zweiten Vorsprung- Innenflanke (16) unter Pressung anliegt.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Montagetemperatur des Rotorbauteils (21) von zumindest 100°C und maximal 200°C
- die Pressung zwischen der ersten Nut-Außenflanke (25) und der ersten Vorsprung-Außenflanke (05) maximal 10% der Pressung bei Raumtemperatur entspricht und
- die Pressung zwischen der ersten Nut-Innenflanke (26) und der ersten Vorsprung-Innenflanke (06)) maximal 10% der Pressung zwischen der ersten Nut-Außenflanke (25) und der ersten Vorsprung-Außenflanke (05) bei Raumtemperatur entspricht, insbesondere ein Spiel zwischen die ersten Nut- Innenflanke (26) und der ersten Vorsprung-Innenflanke (06) vorhanden ist.
7. Rotor nach einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorbauteil (21) einen sich in Umfangsrichtung und radial erstreckenden Abdeckabschnitt (22) aufweist, welcher (22) zumindest abschnittsweise die ersten Schaufelhaltenuten (02) abdeckt und mit einer Stützfläche (23) an einer Stirnfläche (03) der ersten Rotorscheibe im Bereich zwischen den Schaufelhaltenuten (02) anliegt.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (23) unter Pressung bei elastischer Verformung des Abdeckabschnitts (22) an der Stirnfläche (03) anliegt.
9. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Montagetemperatur des Rotorbauteils (21) von zumindest 100°C und maximal 200°C die Pressung der Stützfläche (23) auf die Stirnfläche (03) maximal 10% der Pressung bei Raumtemperatur entspricht.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Montage des Rotors zumindest vor einer Aufheizung des Rotors zwischen einer ersten Vorsprung- Stirnfläche (07) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) und dem ersten Nutgrund (27) der ersten Ringnut (24) ein freier erster Dehnungsabstand vorhanden ist, wobei der erste Dehnungsabstand zumindest 0,5 mm und maximal 5 mm, insbesondere zumindest 1 mm und maximal 2,5 mm beträgt.
11. Rotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer zweiten Vorsprung-Stirnfläche (17) des zweiten Befestigungsvorsprungs (14) und dem zweiten Nutgrund (37) der zweiten Ringnut (34) ein freier zweiter Dehnungsabstand oder eine Anlage vorhanden ist, wobei der zweite Dehnungsabstand maximal dem 0,2-fachen des ersten Dehnungsabstands entspricht.
12. Verfahren zur Montage eines Rotor nach einer der vor hergehenden Ansprüche mit
- Bereitstellung der ersten Rotorscheibe (01);
- Aufheizen des Rotorbauteils (21) auf eine Montagetemperatur von zumindest 100°C und maximal 200°C;
- Auflegen und/oder Aufpressen des Rotorbauteils (21) auf die erste Rotorscheibe (01) mit einer Anlage der Stützfläche (23) and der Stirnfläche (03); - weiteres Aufschieben des Rotorbauteils (21) auf die erste Rotorscheibe (01) bis ein vordefinierter Dehnungsabstand zwischen einer ersten Vorsprung-Stirnfläche (07) des ersten Befestigungsvorsprungs (04) und dem ersten Nutgrund (27) der ersten Ringnut (24) erreicht ist;
- Abkühlen des Rotorbauteils (21) und dabei Zusammenhalten der ersten Rotorscheibe (01) und des Rotorbauteils (21);
- Auflegen und/oder Aufpressen der der zweiten Rotorscheibe (11) auf zugleich die erste Rotorscheibe (01) und das Rotorbauteil (21).
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