EP4166754A1 - Rotoranordnung für eine gasturbine mit an rotorsegmenten ausgebildeten, geneigten axialen kontaktflächen, gasturbine und fluggasturbine - Google Patents

Rotoranordnung für eine gasturbine mit an rotorsegmenten ausgebildeten, geneigten axialen kontaktflächen, gasturbine und fluggasturbine Download PDF

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EP4166754A1
EP4166754A1 EP22200151.3A EP22200151A EP4166754A1 EP 4166754 A1 EP4166754 A1 EP 4166754A1 EP 22200151 A EP22200151 A EP 22200151A EP 4166754 A1 EP4166754 A1 EP 4166754A1
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EP
European Patent Office
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contact surface
rotor
gas turbine
radial direction
axial direction
Prior art date
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Pending
Application number
EP22200151.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Theurich
Knut Werner
Hans-Peter Hackenberg
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
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    • F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
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    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the present invention relates to a rotor arrangement for a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, with a plurality of rotor segments arranged one after the other in the axial direction and connected to one another in the axial direction by at least one tie rod device, with a rotor segment at the front in the axial direction having a first contact surface and a rotor segment at the rear in the axial direction having a second Having contact surface, wherein the first contact surface and the second contact surface are at least partially in contact with each other, and wherein the first contact surface and the second contact surface are essentially ring-shaped and extend in the radial direction and circumferential direction.
  • a rotor arrangement for a gas turbine in particular an aircraft gas turbine, with a plurality of rotor segments which are arranged one after the other in the axial direction and are connected to one another in the axial direction by at least one tie rod device; wherein an axially forward rotor segment has a first contact surface and an axially rearward rotor segment has a second contact surface, wherein the first contact surface and the second contact surface are at least partially in contact with one another, and wherein the first contact surface and the second contact surface are essentially annular are formed and extend in the radial direction and circumferential direction.
  • first contact surface and/or the second contact surface runs at least partially inclined with respect to the radial direction, with an angle being formed between the first contact surface and the second contact surface with respect to a sectional plane that is spanned by the axial direction and the radial direction is.
  • Such a configuration of the contact surfaces of axially adjacent rotor segments makes it possible to avoid a ring-line-like contact or force-transmitting region, which is described above as being disadvantageous. As a result, the transmission of axial forces can be better distributed over the entire contact surface, so that no unwanted stress peaks arise.
  • the first contact surface may be substantially parallel to the radial direction and the second contact surface may be inclined to the radial direction.
  • the reverse configuration is also conceivable, according to which the second contact surface can be essentially parallel to the radial direction and the first contact surface can be inclined to the radial direction.
  • the front rotor segment may be a bladed ring and the rear rotor segment may be a seal carrier.
  • the angle between the first contact surface and the second contact surface can be 0.5° to 3°, in particular 0.8° to 1.2°.
  • the inclination or the angle can be selected as a function of the remaining geometry of the rotor segments lying against one another or their contact surfaces. It is also conceivable that along the radial direction between the two contact surfaces there are sections with different opening angles. For example, the opening angle can increase from radially inside to radially outside.
  • the front rotor segment and the rear rotor segment can only be clamped together via a single pair of contact surfaces consisting of the first annular contact surface and the second annular contact surface.
  • a single pair of contact surfaces consisting of the first annular contact surface and the second annular contact surface.
  • the first contact surface and the second contact surface can preferably each be designed as planar ring surfaces.
  • both the first contact surface and the second contact surface can be inclined by no more than 10°, preferably no more than 5°, particularly preferably no more than 2° with respect to the radial direction. This avoids the occurrence of excessive radial forces when the rotor segments are braced, which could contribute to the rotor drum bending open during operation.
  • first and second rotor segment does not describe the formation of pairs within the rotor arrangement.
  • a second rotor segment can also function as a first rotor segment if a further (total third) rotor segment is connected axially.
  • a gas turbine in particular an aircraft gas turbine, can have at least one rotor arrangement as described above.
  • the rotor arrangement in the gas turbine can be part of a low-pressure turbine or a medium-pressure turbine or a high-pressure turbine.
  • FIG. 1 shows a schematic and simplified view of an aircraft gas turbine 10, which is illustrated purely by way of example as a turbofan engine.
  • the gas turbine 10 includes a fan 12 surrounded by a jacket 14 that is indicated.
  • the fan 12 is followed by a compressor 16, which is accommodated in an indicated inner housing 18 and can be of single-stage or multi-stage design.
  • the compressor 16 is followed by the combustion chamber 20 .
  • Hot exhaust gas flowing out of the combustion chamber then flows through the adjoining turbine 22, which can be of single-stage or multi-stage design.
  • the turbine 22 includes a high-pressure turbine 24 and a low-pressure turbine 26.
  • a hollow shaft 28 connects the high-pressure turbine 24 to the compressor 16, in particular a high-pressure compressor 29, so that they are driven or rotated together.
  • a further inner shaft 30 in the radial direction RR of the turbine connects the low-pressure turbine 26 to the fan 12 and to a low-pressure compressor 32, so that they are driven or rotated together.
  • a thrust nozzle 33 which is only indicated here, is connected to the turbine 22 .
  • a turbine center frame 34 is arranged between the high-pressure turbine 24 and the low-pressure turbine 26, which is arranged around the shafts 28, 30.
  • hot exhaust gases from the high-pressure turbine 24 flow through the turbine center frame 34 .
  • the hot exhaust gas then reaches an annular space 38 of the low-pressure turbine 26.
  • Rotor blade rings 27 of the compressors 28, 32 and the turbines 24, 26 are shown by way of example.
  • guide vane rings 31 that are usually present are shown as an example only for compressor 32 .
  • FIG. 2 shows a front rotor segment 40 and a rear rotor segment 42 of a rotor arrangement 100 in a simplified and schematic sectional view.
  • the front rotor segment 40 is a moving blade ring in this example.
  • the rear rotor segment 42 is in in this example a seal carrier element with a radially outwardly projecting sealing section 44 of a labyrinth seal.
  • the first rotor segment 40 and the second rotor segment 42 can also be other rotating components of the turbine 22 of the gas turbine 10 .
  • the first rotor segment 40 has a first contact surface 40k.
  • the first contact surface 40k is an axially rear surface section, in particular in the form of an annular surface of the front rotor segment 40.
  • the second rotor segment 42 has a second contact surface 42k.
  • the second contact surface 42k is an axially front surface section, in particular in the form of an annular surface of the rear rotor segment 42.
  • the first contact surface 40k and the second contact surface 42k are arranged opposite one another in the axial direction AR.
  • the front rotor segment 40 and the rear rotor segment 42 are connected to one another or braced against one another in the axial direction by means of a tie rod device, not shown here. As a result, the first contact surface 40k and the second contact surface 42k come or are in contact with one another.
  • an intermediate space 46 is formed at least partially or in sections between the two contact surfaces 40k, 42k. This space has a small size of a few millimeters or fractions of a millimeter.
  • the second contact surface 42k of the rear rotor segment 42 is slightly inclined with respect to the radial direction RR.
  • a small or very acute angle ⁇ is thus formed between the first contact surface 40k and the second contact surface 42k.
  • the inclination of the second contact surface 42k is selected in such a way that the angle ⁇ is approximately 0.5° to 3°, in particular approximately 1°.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Beschrieben wird eine Rotoranordnung (100) für eine Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine, mit mehreren in Axialrichtung (AR) nacheinander angeordneten Rotorsegmenten (40, 42), die durch wenigstens eine Zugankereinrichtung in Axialrichtung (AR) miteinander verbunden sind; wobei ein in Axialrichtung (AR) vorderes Rotorsegment (40) eine erste Kontaktfläche (40k) aufweist und ein in Axialrichtung (AR) hinteres Rotorsegment (42) eine zweite Kontaktfläche (42k) aufweist, wobei die erste Kontaktfläche (40k) und die zweite Kontaktfläche (42k) zumindest teilweise miteinander in Kontakt stehen, und wobei die erste Kontaktfläche (40k) und die zweite Kontaktfläche (42k) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und sich in Radialrichtung (RR) und Umfangsrichtung erstrecken. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Kontaktfläche (40k) oder/und die zweite Kontaktfläche (42k) bezogen auf die Radialrichtung (RR) zumindest teilweise geneigt verläuft, wobei bezogen auf einen Schnittebene, die durch die Axialrichtung (AR) und die Radialrichtung (RR) aufgespannt ist, zwischen der ersten Kontaktfläche (40k) und der zweiten Kontaktfläche (42k) ein Winkel (α) gebildet ist. Ferner wird eine Gasturbine mit einer solchen Rotoranordnung beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotoranordnung für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit mehreren in Axialrichtung nacheinander angeordneten Rotorsegmenten, die durch wenigstens eine Zugankereinrichtung in Axialrichtung miteinander verbunden sind, wobei ein in Axialrichtung vorderes Rotorsegment eine erste Kontaktfläche aufweist und ein in Axialrichtung hinteres Rotorsegment eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche zumindest teilweise miteinander in Kontakt stehen, und wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und sich in Radialrichtung und Umfangsrichtung erstrecken.
  • Richtungsangaben wie "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" sind grundsätzlich auf die Maschinenachse der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
  • Bei derartigen Rotoranordnungen entstehen insbesondere im Betrieb der Gasturbine aufgrund der hohen thermischen und mechanischen Einflüsse im Bereich der axial aneinander anliegenden Kontaktflächen große axiale Spannungen an jeweils zwei benachbarten Rotorsegmenten, die Teil eines axial verspannten Zugankerverbunds mit mehreren Rotorsegmenten sind. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund von hohen Lasten in dem Zugankerverbund insbesondere ringförmige und in Radialrichtung sehr begrenzte, insbesondere dünne, Kraftübertragungszonen entstehen, in denen ausgeprägte axiale Kraftspitzen übertragen werden, was zu den erwähnten hohen und unerwünschten Spannungen führt. In solchen hoch belasteten Kraftübertragungsbereichen besteht ein erhöhtes Verschleißrisiko, insbesondere kann Materialfraß (Fretting) auftreten.
  • Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird beispielweise auf folgende Dokumente hingewiesen: US 8 459 943 B2 , US 8794 923 B2 , US 2011/0219781 A1 und US 2020/0291781 A1 .
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Rotoranordnung anzugeben, bei der die obigen Nachteile vermieden werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden eine Rotoranordnung und eine Gasturbine mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte und optionale Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
  • Vorgeschlagen wird also eine Rotoranordnung für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit mehreren in Axialrichtung nacheinander angeordneten Rotorsegmenten, die durch wenigstens eine Zugankereinrichtung in Axialrichtung miteinander verbunden sind; wobei ein in Axialrichtung vorderes Rotorsegment eine erste Kontaktfläche aufweist und ein in Axialrichtung hinteres Rotorsegment eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche zumindest teilweise mit-einander in Kontakt stehen, und wobei die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und sich in Radialrichtung und Umfangsrichtung erstrecken. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Kontaktfläche oder/und die zweite Kontaktfläche bezogen auf die Radialrichtung zumindest teilweise geneigt verläuft, wobei bezogen auf einen Schnittebene, die durch die Axialrichtung und die Radialrichtung aufgespannt ist, zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche ein Winkel gebildet ist.
  • Durch eine derartige Ausgestaltung der Kontaktflächen von axial benachbarten Rotorsegmenten kann ein oben als nachteilig beschriebener ringlinienartiger Kontakt- bzw. Kraftübertragungsbereich vermieden werden. Hierdurch kann die Übertragung von Axialkräften besser auf die gesamte Kontaktfläche verteilt werden, so dass keine unterwünschten Spannungsspitzen entstehen.
  • Bei der Rotoranordnung kann die erste Kontaktfläche im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung sein und die zweite Kontaktfläche kann geneigt zur Radialrichtung sein. Denkbar ist aber auch die umgekehrte Ausgestaltung, wonach die zweite Kontaktfläche im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung sein kann und die erste Kontaktfläche geneigt zur Radialrichtung sein kann.
  • Bei der Rotoranordnung kann das vordere Rotorsegment ein Laufschaufelkranz sein und das hintere Rotorsegment kann ein Dichtungsträger sein.
  • Bei der Rotoranordnung kann der Winkel zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche 0,5° bis 3° betragen, insbesondere 0,8° bis 1,2°. Dabei kann die Neigung bzw. der Winkel in Abhängigkeit von der übrigen Geometrie der aneinander anliegenden Rotorsegmente bzw. deren Kontaktflächen gewählt werden. Es ist dabei auch denkbar, dass sich entlang der Radialrichtung zwischen den beiden Kontaktflächen Abschnitte ergeben mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln. Beispielsweise kann der Öffnungswinkel von radial innen nach radial außen größer werden.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt können das vordere Rotorsegment und das hintere Rotorsegment nur über eine einzige Kontaktflächenpaarung bestehend aus der ersten ringförmigen Kontaktfläche und der zweiten ringförmigen Kontaktfläche miteinander verspannt sein. Eine solche Auslegung vermeidet Überbestimmungen im System, wie sie z.B. bei einer keilförmigen Verbindung auftreten würde. Dabei können bevorzugt die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche jeweils als plane Ringflächen ausgebildet sein.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt können sowohl die erste Kontaktfläche als auch die zweite Kontaktfläche nicht mehr als 10°, bevorzugt nicht mehr als 5°, besonders bevorzugt nicht mehr als 2° gegenüber der Radialrichtung geneigt sein. Dies vermeidet das Auftreten von exzessiven Radialkräften beim Verspannen der Rotorsegmente, die zu einem Aufbiegen der Rotortrommel im Betrieb beitragen könnten.
  • Allgemein wird darauf hingewiesen, dass durch die Verwendung der Begrifflichkeit erstes und zweites Rotorsegment keine Bildung von Paaren innerhalb der Rotoranordnung beschrieben wird. Insbesondere kann beispielsweise ein zweites Rotorsegment auch als erstes Rotorsegment fungieren, wenn sich axial ein weiteres (insgesamt drittes) Rotorsegment anschließt.
  • Eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine kann wenigstens eine oben beschriebene Rotoranordnung aufweisen. Dabei kann in der Gasturbine die Rotoranordnung Teil einer Niederdruckturbine oder einer Mitteldruckturbine oder eine Hochdruckturbine sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Prinzipbild einer Fluggasturbine.
    • Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine Schnittansicht einer Rotoranordnung mit mehreren Rotorsegmenten.
    • Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung eines in Fig. 2 mit III gekennzeichneten Bereichs.
  • Fig. 1 zeigt schematisch und vereinfacht eine Fluggasturbine 10, die rein beispielhaft als Mantelstromtriebwerk illustriert ist. Die Gasturbine 10 umfasst einen Fan 12, der von einem angedeuteten Mantel 14 umgeben ist. In Axialrichtung AR der Gasturbine 10 schließt sich an den Fan 12 ein Verdichter 16 an, der in einem angedeuteten inneren Gehäuse 18 aufgenommen ist und einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. An den Verdichter 16 schließt sich die Brennkammer 20 an. Aus der Brennkammer ausströmendes heißes Abgas strömt dann durch die sich anschließende Turbine 22, die einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Turbine 22 eine Hochdruckturbine 24 und eine Niederdruckturbine 26. Eine Hohlwelle 28 verbindet die Hochdruckturbine 24 mit dem Verdichter 16, insbesondere einem Hochdruckverdichter 29, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. Eine in Radialrichtung RR der Turbine weitere innen liegende Welle 30 verbindet die Niederdruckturbine 26 mit dem Fan 12 und mit einem Niederdruckverdichter 32, so dass diese gemeinsam angetrieben bzw. gedreht werden. An die Turbine 22 schließt sich eine hier nur angedeutete Schubdüse 33 an.
  • Im dargestellten Beispiel einer Fluggasturbine 10 ist zwischen der Hochdruckturbine 24 und der Niederdruckturbine 26 ein Turbinenzwischengehäuse 34 angeordnet, das um die Wellen 28, 30 angeordnet ist. In seinem radial äußeren Bereich 36 wird das Turbinenzwischengehäuse 34 von heißen Abgasen aus der Hochdruckturbine 24 durchströmt. Das heiße Abgas gelangt dann in einen Ringraum 38 der Niederdruckturbine 26. Von den Verdichtern 28, 32 und den Turbinen 24, 26 sind beispielhaft Laufschaufelkränze 27 dargestellt. Üblicherweise vorhandene Leitschaufelkränze 31 sind aus Gründen der Übersicht beispielhaft nur bei dem Verdichter 32 dargestellt.
  • Die nachfolgende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung bezieht sich insbesondere auf axial neben- bzw. nacheinander angeordnete Teile der Turbine 22.
  • Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Schnittdarstellung ein vorderes Rotorsegment 40 und ein hinteres Rotorsegment 42 einer Rotoranordnung 100. Das vordere Rotorsegment 40 ist in diesem Beispiel ein Laufschaufelkranz. Das hintere Rotorsegment 42 ist in diesem Beispiel ein Dichtungsträgerelement mit einem radial nach außen vorstehenden Dichtungsabschnitt 44 einer Labyrinthdichtung. Das erste Rotorsegment 40 und das zweite Rotorsegment 42 können aber auch andere rotierende Bauteile der Turbine 22 der Gasturbine 10 sein.
  • Das erste Rotorsegment 40 weist eine erste Kontaktfläche 40k auf. Die erste Kontaktfläche 40k ist in diesem Beispiel ein axial hinterer Flächenabschnitt, insbesondere in Form einer Ringfläche des vorderen Rotorsegments 40. Das zweite Rotorsegment 42 weist eine zweite Kontaktfläche 42k auf. Die zweite Kontaktfläche 42k ist in diesem Beispiel ein axial vorderer Flächenabschnitt, insbesondere in Form einer Ringfläche des hinteren Rotorsegments 42.
  • Die erste Kontaktfläche 40k und die zweite Kontaktfläche 42k sind in Axialrichtung AR einander gegenüber angeordnet. Das vordere Rotorsegment 40 und das hintere Rotorsegment 42 sind mittels einer hier nicht dargestellten Zugankereinrichtung in Axialrichtung miteinander verbunden bzw. gegeneinander verspannt. Hierdurch kommen bzw. stehen die erste Kontaktfläche 40k und die zweite Kontaktfläche 42k miteinander in Berührung bzw. Kontakt.
  • Mittels der Kontaktflächen 40k, 42k werden insbesondere in Axialrichtung AR wirkende Kräfte innerhalb des Verbunds aus Rotorsegmenten 40, 42 übertragen bzw. abgestützt.
  • Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des in Fig. 2 mit dem strichpunktierten Rechteck III eingefassten Bereichs der beiden Kontaktflächen 40k, 42k sowie eine weitere Vergrößerung nur für den Bereich der Kontaktflächen 40k, 42k.
  • Aus diesen vergrößerten Darstellungen ist ersichtlich, dass zwischen den beiden Kontaktflächen 40k, 42k zumindest teilweise bzw. abschnittsweise ein Zwischenraum 46 gebildet ist. Dieser Zwischenraum weist eine geringe Größe von wenigen Millimetern bzw. Bruchteilen von Millimetern auf.
  • Dabei ist im hier gezeigten Beispiel die zweite Kontaktfläche 42k des hinteren Rotorsegments 42 leicht geneigt bezogen auf die Radialrichtung RR. Zwischen der ersten Kontaktfläche 40k und der zweiten Kontaktfläche 42k ist somit ein kleiner bzw. sehr spitzer Winkel α gebildet. Die Neigung der zweiten Kontaktfläche 42k ist dabei so gewählt, dass der Winkel α etwa 0,5° bis 3°, insbesondere etwa 1° beträgt.
  • Durch die zueinander geneigte Anordnung der beiden Kontaktflächen 40k, 42k können in diesem Bereich axial Kräfte im Betrieb der Gasturbine besser verteilt und ausgeglichen werden. Hierdurch können unerwünscht hohe Spannungen vermieden werden verglichen mit Kontaktflächen, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Dabei wird der zwischen den beiden Kontaktflächen 40k, 42k gebildete Zwischenraum 46 aufgrund der thermischen und mechanischen Wirkungen im Betrieb der Gasturbine geschlossen, so dass die Kontaktflächen 40k, 42k im Betrieb aneinander anliegen. Allerdings bildet sich auf diese Weise kein ringlinienförmiger Kraftübertragungsbereich aus, an dem so hohe axiale Kräfte wirken, dass Materialfraß (Fretting) oder dergleichen auftreten kann. Aufgrund der geneigten Anordnung bzw. Ausgestaltung der Kontaktfläche 42k bzw. der Kontaktflächen 40k, 42k zueinander wird eine verbesserte Spannungsverteilung geschaffen, bei der die Materialbeanspruchung der beiden Rotorsegmente 40, 42 gleichmäßiger ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fluggasturbine
    12
    Fan
    14
    Mantel
    16
    Verdichter
    18
    inneres Gehäuse
    20
    Brennkammer
    22
    Turbine
    24
    Hochdruckturbine
    26
    Niederdruckturbine
    28
    Hohlwelle
    29
    Hochdruckverdichter
    30
    Welle
    31
    Leitschaufelkranz
    32
    Niederdruckverdichter
    33
    Schubdüse
    34
    Turbinenzwischengehäuse
    36
    radial äußerer Bereich
    38
    Ringraum
    40
    vorderes Rotorsegment
    40k
    erste Kontaktfläche
    42
    hinteres Rotorsegment
    42k
    zweite Kontaktfläche
    44
    Dichtungsabschnitt
    46
    Zwischenraum
    100
    Rotoranordnung
    α
    Winkel

Claims (8)

  1. Rotoranordnung (100) für eine Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine, mit
    mehreren in Axialrichtung (AR) nacheinander angeordneten Rotorsegmenten (40, 42), die durch wenigstens eine Zugankereinrichtung in Axialrichtung (AR) miteinander verbunden sind;
    wobei ein in Axialrichtung (AR) vorderes Rotorsegment (40) eine erste Kontaktfläche (40k) aufweist und ein in Axialrichtung (AR) hinteres Rotorsegment (42) eine zweite Kontaktfläche (42k) aufweist,
    wobei die erste Kontaktfläche (40k) und die zweite Kontaktfläche (42k) zumindest teilweise miteinander in Kontakt stehen,
    wobei die erste Kontaktfläche (40k) und die zweite Kontaktfläche (42k) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und sich in Radialrichtung (RR) und Umfangsrichtung erstrecken,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (40k) oder/und die zweite Kontaktfläche (42k) bezogen auf die Radialrichtung (RR) zumindest teilweise geneigt verläuft, wobei bezogen auf einen Schnittebene, die durch die Axialrichtung (AR) und die Radialrichtung (RR) aufgespannt ist, zwischen der ersten Kontaktfläche (40k) und der zweiten Kontaktfläche (42k) ein Winkel (a) gebildet ist.
  2. Rotoranordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktfläche (40k) im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung (RR) ist und dass die zweite Kontaktfläche (42k) geneigt zur Radialrichtung (RR) ist.
  3. Rotoranordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Rotorsegment (40) ein Laufschaufelkranz ist und dass das hintere Rotorsegment (42) ein Dichtungsträger ist.
  4. Rotoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der ersten Kontaktfläche (40k) und der zweiten Kontaktfläche (42k) 0,5° bis 3° beträgt, insbesondere 0,8° bis 1,2°.
  5. Rotoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Rotorsegment (40) und das hintere Rotorsegment (42) nur über eine einzige Kontaktflächenpaarung bestehend aus der ersten Kontaktfläche (40k) und der zweiten Kontaktfläche (42k) miteinander verspannt sind.
  6. Rotoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste Kontaktfläche (40k) als auch die zweite Kontaktfläche (42k) nicht mehr als 10°, insbesondere nicht mehr als 5° gegenüber der Radialrichtung geneigt sind.
  7. Gasturbine (10), insbesondere Fluggasturbine mit wenigstens einer Rotoranordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
  8. Gasturbine (10) nach Anspruch 7, wobei die Rotoranordnung (100) Teil einer Niederdruckturbine (26) oder einer Mitteldruckturbine oder eine Hochdruckturbine (24) ist.
EP22200151.3A 2021-10-12 2022-10-06 Rotoranordnung für eine gasturbine mit an rotorsegmenten ausgebildeten, geneigten axialen kontaktflächen, gasturbine und fluggasturbine Pending EP4166754A1 (de)

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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070009360A1 (en) * 2004-07-13 2007-01-11 Honeywell International, Inc. Non-parallel spacer for improved rotor group balance
US20100290904A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 General Electric Company Coupling for rotary components
US20110219781A1 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Daniel Benjamin Gas turbine engine with tie shaft for axial high pressure compressor rotor
US8459943B2 (en) 2010-03-10 2013-06-11 United Technologies Corporation Gas turbine engine rotor sections held together by tie shaft, and with blade rim undercut
EP2677120A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-25 General Electric Company Konischer Gasturbinenflansch mit Schraubenverbindung
WO2014039826A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-13 Solar Turbines Incorporated Gas turbine engine compressor undercut spacer
US8794923B2 (en) 2010-10-29 2014-08-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine rotor tie shaft arrangement
US20200291781A1 (en) 2019-03-14 2020-09-17 United Technologies Corporation Tie shaft assembly for a gas turbine engine

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT378575B (de) 1979-10-25 1985-08-26 Elin Union Ag Rotor fuer eine thermische turbomaschine
JPS5830405A (ja) * 1981-08-19 1983-02-22 Hitachi Ltd 軸流機械のロ−タ取付装置
DE4215050C2 (de) 1992-05-07 1997-07-17 Audi Ag Vorrichtung an zumindest zwei benachbart auf einer Achse oder Welle dreh- oder schwenkbar zu lagernden metallischen Bauteilen
GB0919202D0 (en) 2009-11-03 2009-12-16 Rolls Royce Plc A male or female element for a conic coupling
US20140099210A1 (en) * 2012-10-09 2014-04-10 General Electric Company System for gas turbine rotor and section coupling
WO2015081037A1 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 General Electric Company Radial tie-bolt support spring
US10125785B2 (en) * 2015-10-16 2018-11-13 Pratt & Whitney Reduced stress rotor interface
GB201602857D0 (en) * 2016-02-18 2016-04-06 Rolls Royce Plc Connection of rotatable parts
US20180058219A1 (en) 2016-08-30 2018-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Rotor disk having serrations and rotor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070009360A1 (en) * 2004-07-13 2007-01-11 Honeywell International, Inc. Non-parallel spacer for improved rotor group balance
US20100290904A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 General Electric Company Coupling for rotary components
US20110219781A1 (en) 2010-03-10 2011-09-15 Daniel Benjamin Gas turbine engine with tie shaft for axial high pressure compressor rotor
US8459943B2 (en) 2010-03-10 2013-06-11 United Technologies Corporation Gas turbine engine rotor sections held together by tie shaft, and with blade rim undercut
US8794923B2 (en) 2010-10-29 2014-08-05 United Technologies Corporation Gas turbine engine rotor tie shaft arrangement
EP2677120A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-25 General Electric Company Konischer Gasturbinenflansch mit Schraubenverbindung
WO2014039826A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-13 Solar Turbines Incorporated Gas turbine engine compressor undercut spacer
US20200291781A1 (en) 2019-03-14 2020-09-17 United Technologies Corporation Tie shaft assembly for a gas turbine engine

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