EP4453384A1 - Rotorscheibe, rotor und verfahren zur wartung einer rotorscheibe - Google Patents

Rotorscheibe, rotor und verfahren zur wartung einer rotorscheibe

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EP4453384A1
EP4453384A1 EP23701653.0A EP23701653A EP4453384A1 EP 4453384 A1 EP4453384 A1 EP 4453384A1 EP 23701653 A EP23701653 A EP 23701653A EP 4453384 A1 EP4453384 A1 EP 4453384A1
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EP
European Patent Office
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bulge
rotor
rotor disk
groove
blade root
Prior art date
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Pending
Application number
EP23701653.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörn Bettentrup
Ulrich Stanka
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides
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    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/20—Three-dimensional
    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/294—Three-dimensional machined; miscellaneous grooved

Definitions

  • ROTOR DISC ROTOR AND METHOD FOR MAINTAINING A ROTOR DISC
  • the invention relates to an improved groove design of a disk for turbine blades, in particular for reducing weight and/or avoiding crack formation, a rotor and a method.
  • Turbine blades of turbines such as steam turbines or gas turbines are held in corresponding grooves of disks (rotor disks) of a turbine.
  • the grooves are designed to complement the blade base, which is particularly designed in a Christmas tree or hammerhead design.
  • the object is achieved by a groove design of a rotor disk according to claim 1, a rotor according to claim 5 and a method according to claim 6.
  • Figure 1 shows a blade root in a groove from the prior art
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a cross section or side view of a groove 2 'in a rotor disk 1' with a blade root 77 from the prior art.
  • the groove 2 'of the rotor disk 1' has a bottom 19.
  • the groove 2 ' also has a longitudinal axis 30 (radial direction), which also represents the longitudinal axis 30 of a turbine blade (not shown) or the blade root 77.
  • the blade root 77 is and is inserted into the groove 2 'and is held there in a radial direction 5 by the design of the groove 2'.
  • the groove 2 ' has an upper bulge 20' on both sides of the longitudinal axis 30 at the same height, into which an upper projection 40' of the blade root 77 protrudes and rests in a complementary manner.
  • the upper projection 40 'of the blade root 77 is preferably hammer-head shaped or, here, preferably bluntly conical.
  • the blade root 77 here preferably has two further projections 40'', 40''' on each side.
  • the groove 2' therefore has several, here preferably two, further bulges 20'', 20''' on both sides.
  • the blade root 77 can have one, two or three projections 40 (then also applies to the invention).
  • the upper projection 40 'of the blade root 77 rests on an upper contact surface 23' of the rotor disk 1, in particular when radial forces in the radial direction 5 act on the blade and the blade root 77 during use.
  • the end of the blade root 77 is preferably at a distance from the ground 19.
  • the bulges 33 are present in the bulges 20 at the same radial height on both sides.
  • a bulge 33 preferably extends on both sides of the longitudinal axis 30, preferably in each bulge 20.
  • the bulge 33 is preferably arranged only in the upper region of a bulge 20, and therefore does not extend over the entire extent of the top surface of the truncated cone of the projection 40 or that of the bulge 20.
  • the bulges 33 widen the bulge 20 only in certain areas, seen transversely to the longitudinal axis 30. Seen in cross section, the bulge 33 first runs almost perpendicular to the longitudinal axis 30 and then curves back. The bulge has a pig's ear shape.
  • the dashed line 22 in the lower bulge 20 ''' near the bottom 19 represents a bulge according to the prior art (FIG. 1).
  • the dashed course 22 is continuously curved.
  • a rotor disk 1 has several grooves 2.
  • the bulges are present in the respective grooves 2 depending on the application, i.e. H .
  • the grooves 2 can have a different number of bulges 33, or only certain bulges 20 have the bulges 33, in particular only the upper bulges 20 '. Further variations are conceivable.
  • Each rotor disk can have grooves 2 that are equipped with bulges 33 and have different grooves.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotorscheibe (1) mit einer Nut (2) zur Aufnahme eines Schaufelfußes (77) einer Turbinenschaufel, wobei die Nut (2) entlang ihrer Längsachse (30) mehrere Ausbuchtungen (20', 20'',...) aufweist, für Vorsprünge (40', 40",...) und komplementär zu Vorsprüngen (40', 40'',...) des Schaufelfußes (77), wobei innerhalb zumindest einer Ausbuchtung (20', 20'',...) eine axiale Ausbeulung (33',...) vorhanden ist, insbesondere mehrere Ausbuchtungen (20) einer Nut (2) eine Ausbeulung (30) aufweisen. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Rotor und ein Verfahren einer Rotorscheibe.

Description

Beschreibung
ROTORSCHEIBE, ROTOR UND VERFAHREN ZUR WARTUNG EINER ROTORSCHEIBE
Die Erfindung betri f ft ein verbessertes Nutdesign einer Scheibe für Turbinenschaufeln, insbesondere zur Gewichtsreduzierung und/oder Rissbildungsvermeidung, ein Rotor sowie ein Verfahren .
Turbinenschaufeln von Turbinen wie Dampfturbinen oder Gasturbinen werden in entsprechenden Nuten von Scheiben (Rotorscheiben) einer Turbine gehalten .
Dabei sind die Nuten komplementär zum Schaufel fuß ausgebildet , der insbesondere im Tannenbaum- oder Hammerkopf-Design ausgebildet ist .
Beispiele dafür sind in der DE 3736836 Al in der Figur 1 oder in DE 2549112 in der Figur gezeigt .
Im Servicefall weisen die Nuten der Scheiben manchmal Risse auf .
Diese Befunde müssen zugelötet oder zugeschweißt werden bzw . es müssen leichtere neue Schaufeln eingebaut werden, damit die Scheibe weiterbenutzt werden kann .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Nutdesign einer Rotorscheibe gemäß Anspruch 1 , einen Rotor gemäß Anspruch 5 und ein Verfahren gemäß Anspruch 6 .
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet , die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen . Es zeigen die Figur 1 einen Schaufelfuß in einer Nut aus dem Stand der Technik, die Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Figur und die Beschreibung der Alternativen stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt oder Seitenansicht einer Nut 2 ' in einer Rotorscheibe 1 ' mit einem Schaufelfuß 77 aus dem Stand der Technik.
Mehrere Rotorscheiben insbesondere auf einer Welle bilden einen Rotor.
Die Nut 2' der Rotorscheibe 1' weist einen Boden 19 auf.
Die Nut 2' weist ebenso eine Längsachse 30 (radiale Richtung) auf, die auch die Längsachse 30 einer nicht näher dargestellten Turbinenschaufel oder des Schaufelfußes 77 darstellt.
Der Schaufelfuß 77 wird und ist in der Nut 2 ' eingebracht und wird dort durch das Design der Nut 2 ' in einer radialen Richtung 5 gehalten.
Die Nut 2 ' weist auf beiden Seiten der Längsachse 30 auf gleicher Höhe jeweils eine obere Ausbuchtung 20' auf, in der jeweils ein oberer Vorsprung 40' des Schaufelfußes 77 hineinragt und komplementär anliegt.
Der Einfachheit halber werden die Bezugszeichen in der Zeichnung nicht immer auf jeder Seite und gleicher axialer Höhe verwendet .
Der obere Vorsprung 40' des Schaufelfußes 77 ist vorzugsweise hammer köpf förmig oder hier vorzugsweise stumpf kegelförmig ausgebildet .
Dementsprechend ist die obere Ausbuchtung 20' der Nut 2' komplementär dazu ausgebildet. Der Schaufelfuß 77 weist hier vorzugweise zwei weitere Vorsprünge 40' ', 40' ' ' auf jeder Seite auf.
Entlang der Längsachse 30 Richtung Boden 19 weist daher die Nut 2 ' auf beiden Seiten daher mehrere, hier vorzugsweise zwei weitere Ausbuchtungen 20' ', 20' ' ' auf.
Der Schaufelfuß 77 kann einen, zwei oder drei Vorsprünge 40 aufweisen (gilt dann auch für die Erfindung) .
Der obere Vorsprung 40' des Schaufelfußes 77 liegt an einer oberen Anlagefläche 23' der Rotorscheibe 1 an, insbesondere wenn radiale Kräfte in radialer Richtung 5 im Einsatz an der Schaufel und dem Schaufelfuß 77 wirken.
Gewisse Toleranzen als Spiel zwischen Schaufelfuß 77 und Nut 2' sind natürlich gegeben.
Das Ende des Schaufelfußes 77 weist vorzugsweise einen Abstand zum Boden 19 auf.
Erfindungsgemäß weist gemäß Figur 2 und ausgehend von Figur 1 zumindest eine Ausbuchtung 20', 20' ', 20' ' ' (=20) der Nut 2 jeweils eine weitere Ausbeulung 33', 33' ', 33' ' ' (=33) auf, die sich ausgehend von der Ausbuchtung 20 erstreckt.
Vorzugsweise sind die Ausbeulungen 33 in den Ausbuchtungen 20 auf gleicher radialer Höhe auf beiden Seiten vorhanden.
Eine Ausbeulung 33 erstreckt sich vorzugsweise auf beiden Seiten der Längsachse 30 vorzugsweise in jeder Ausbuchtung 20.
Die Ausbeulung 33 ist vorzugsweise nur im oberen Bereich einer Ausbuchtung 20 angeordnet, erstreckt sich also nicht über die gesamte Ausdehnung der Deckfläche des Kegelstumpfes des Vorsprungs 40 oder der der Ausbuchtung 20.
Die Ausbeulungen 33 verbreitert die Ausbuchtung 20 nur bereichsweise quer zur Längsachse 30 gesehen. Die Ausbeulung 33 verläuft im Querschnitt gesehen zuerst fast senkrecht zur Längsachse 30 und verläuft dann gebogen zurück . Die Ausbeulung weist eine Schweinsohrenform auf .
Daher bildet sich im eingebauten Zustand von Schaufel fuß 77 und Rotorscheibe 1 ein Hohlraum, der die Ausbeulung 33 darstellt .
Der gestrichelte Verlauf 22 in der unteren Ausbuchtung 20 ' ' ' nahe des Bodens 19 stellt eine Ausbuchtung nach dem Stand der Technik dar ( Fig 1 ) .
Der gestrichelte Verlauf 22 ist stetig gekrümmt .
Eine Rotorscheibe 1 weist mehrere Nuten 2 auf .
In den j eweiligen Nuten 2 sind die Ausbeulungen j e nach Anwendungs fall vorhanden, d . h . die Nuten 2 können eine unterschiedliche Anzahl von Ausbeulungen 33 aufweisen, oder nur bestimmte Ausbuchtungen 20 weisen die Ausbeulungen 33 auf , insbesondere nur die oberen Ausbuchtungen 20 ' . Weitere Variationen sind denkbar .
Für einen Rotor werden mehrere Rotorscheiben 1 verwendet . Jede Rotorscheiben kann mit Ausbeulungen 33 gleich unterschiedlich ausgestatte Nuten 2 aufweisen .
Während einer routinemäßigen Wartung oder im Reparaturf all kann ausgehend von dem Verlauf 22 aus dem Stand der Technik eine solche Ausbuchtung prophylaktisch erzeugt werden oder ein Riss ausgearbeitet werden und nicht zugelötet oder zugeschweißt werden, sondern in der erfindungsgemäßen Form ausgearbeitet wird und so belassen werden .
Ebenso können alle neu hergestellten Rotorscheiben 1 solche Ausbeulungen 33 aufweisen .

Claims

Patentansprüche
1. Rotorscheibe (1) mit einer Nut (2) zur Aufnahme eines Schaufelfußes (77) einer Turbinenschaufel, wobei die Nut (2) entlang ihrer Längsachse (30) mehrere Ausbuchtungen (20 ', 20 ' ', ...) aufweist, für Vorsprünge (40 ', 40 ' ', ...) und komplementär zu Vorsprüngen (40 ', 40 ' ', ...) des Schaufelfußes (77) , wobei innerhalb in zumindest einer Ausbuchtung (20', 20' ', ...) eine axiale Ausbeulung (33', ...) vorhanden ist, insbesondere mehrere Ausbuchtungen (20) einer Nut (2) eine Ausbeulung (30) aufweisen.
2. Rotorscheibe nach Anspruch 1, die in der Nut (2) zumindest eine Anlagefläche (23) für Vorsprünge (40) des Schaufelfußes (77) aufweist, wobei die Ausbeulung (33) in Längsrichtung (30) gesehen Richtung Boden (19) am Anfang der Anlagefläche (23) ausgebildet ist.
3. Rotorscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausbeulung (33) die Ausbuchtung (20) nur bereichsweise quer zur Längsachse (30) gesehen verbreitert.
4. Rotorscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei sich die Ausbeulung (33) quer zur Längsachse (30) er- streckt und U-förmig ausgebildet ist.
5. Rotor, der zumindest eine Rotorscheibe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4 aufweist.
6. Verfahren zur Wartung zumindest einer Rotorscheibe (1) , bei dem in zumindest einer Ausbuchtung (40', 40' ', insbesondere in allen Ausbuchtungen (40 ', 40 ' ', ...) zumindest einer Nut (2) zumindest eine Ausbeulung (33', rausgearbeitet wird.
EP23701653.0A 2022-03-10 2023-01-20 Rotorscheibe, rotor und verfahren zur wartung einer rotorscheibe Pending EP4453384A1 (de)

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CN (1) CN119137354A (de)
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WO (1) WO2023169725A1 (de)

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