WO2001063098A1 - Turbinenlaufschaufel - Google Patents

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WO2001063098A1
WO2001063098A1 PCT/EP2001/001063 EP0101063W WO0163098A1 WO 2001063098 A1 WO2001063098 A1 WO 2001063098A1 EP 0101063 W EP0101063 W EP 0101063W WO 0163098 A1 WO0163098 A1 WO 0163098A1
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WO
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blade
platform
cavity
turbine
walls
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/001063
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Tiemann
Michael STRAßBERGER
Dirk Anding
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to JP2001561893A priority patent/JP4698917B2/ja
Priority to DE50103981T priority patent/DE50103981D1/de
Priority to EP01913779A priority patent/EP1257732B1/de
Publication of WO2001063098A1 publication Critical patent/WO2001063098A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade with a non-cooled blade profile which extends from a blade platform to which a blade root engaging a turbine disc is connected, the radial cross section of which to the blade platform has a region of increasing width.
  • the blade profiles of the tower blades are extended as much as possible in order to achieve better utilization of the hot gas flowing past. This extension of the blade profile is limited by several parameters.
  • the object of the present invention is therefore to create a turbine rotor blade which enables an extension of the rotor blade profiles, without or with only a slight increase in local loads on the rotor disk or on the rotor blade feet.
  • the blade root has an open recess facing away from the platform, which ends blindly on the platform side and has a cross-sectional configuration in the area of the increasing width of the blade blade.
  • the blade root is usually to secure the Stao ⁇ l ⁇ - did solid formed un ⁇ , in comparison to the other dimensions ZJ ⁇ er Turbmenscnaufel a large Quersc h Nitt on.
  • its mass is still and it has a large proportion of the centrifugal force load of the turbine sleeve and the holding devices for the blade, which occurs when the turbine disk rotates.
  • the hollowing out of the foot reduces the mass of the foot and therefore the load on the radial force.
  • the fact that the cavity ends blindly on the platform side also meets the stability requirements, which are very high, particularly in the area between the platform and the blade profile, due to a wide range of strong forces and temperature attack.
  • the invention thus also makes it possible to keep the mass of the blade low and to maintain or even improve its stability.
  • the average tension level in the foot area is reduced and tension peaks on holding teeth of the foot and the adjacent turbine disk are alleviated, which leads to an extension of the service life of the turbine blade and in particular to an improvement in the durability of the foot. It is therefore without endangering the stability of the turbine blade and while maintaining the shape of the foot possible to extend the blade profile to the outside and thus increase the efficiency of the turbine.
  • the weight reduction is improved and an abrupt change in the curvature, which leads to local stress maxima leads, avoiding a rounded end area at the transition m.
  • the hot working gases particularly stress that edge area of the blade that is the first to be blown against.
  • the higher strength requirements of the hot gas flow side are taken into account by the fact that the wall thickness is greater near a hot gas flow side than on the hot gas flow side.
  • a material and mass-saving increase in the strength of the foot is given by the fact that the blade root is reinforced by cross struts formed between its longitudinal walls.
  • the forces acting on one longitudinal wall of the cavity are passed on through the transverse struts to the other longitudinal wall and through both walls into the turbine disk, without endangering the stability of the cavity, so that the mass is further reduced further relief of the foot due to the reduced centrifugal load.
  • cross struts on the platform side are at a distance from the walls or cavity and / or from the end of the blade root facing away from the platform, there is an additional saving in weight while maintaining stability.
  • the forces are optimally transmitted so that the positions and shapes of the cross struts are adapted to a line of force that arises from centrifugal forces acting on the blade profile.
  • an adapted number and shape of the cross struts it is thus possible, on the one hand, to greatly reduce the mass of the blade root by making the walls of the cavity thinner due to the supportive effect of the cross struts, and at the same time a more homogeneous stress curve along the longitudinal sides of the cavity due to To receive support from the cross struts.
  • the particularly high attacking forces in the central area are absorbed by the fact that the transverse struts of the hollow have the greatest height in the central area and are adapted to a decreasing course of the hollowing out of the honing.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a foot region of a turbine blade according to FIG. 1 along the section line Z I - Z I
  • FIG. 3 shows a cross section through a foot region of a turbine blade according to FIG. 1 along the section line III-III
  • FIG. 4 shows a cross section through a foot region of a turbine blade according to FIG. 1 along the section line iv-iv and
  • FIG. 5 shows a cross section through a foot region of a turbine blade according to FIG. 1 along the section line V-V.
  • Fig.l shows a radial cross section through a foot 4 and a platform 2 and part of a blade profile 1 of a turbine blade.
  • the foot 4 is pushed into a right-hand opening 30 of a turbine disk 3 and held in a form-fitting manner by means of teeth 35 of the foot 4 and corresponding teeth 36 of the holding recess 30, as shown in FIG. Foot 4, platform 2 and profile 1 are in one piece, coherently shaped, preferably cast.
  • Adjacent blade profiles 1 offer passing heating gas a resistance and change its speed in the direction, whereby the turbine disc 3 is excited to rotate at a high speed around a disc axis.
  • Large parts of the turbine blades are generally The blade is solidly constructed and therefore has a high weight, which places a heavy load on the foot areas.
  • the foot 4 has a cavity 7 according to the invention, which is reduced in weight. This is shaped like a dome and ends blindly at the platform-side end 19 of the turbine blade underneath the upper side 21 of the platform 2.
  • the cavity 7 is open at an end 31 of the foot 4 facing the platform.
  • the foot 4 has an essentially constant length 32 in the region of the end 31 facing away from the platform. The length 32 initially increases somewhat when the platform 2 is approached because of a formation 37 in the transition area 38, in order to decrease continuously until the platform 2.
  • the cavity 7 has lengths 13 of longitudinal walls 12 and depths 33.
  • the lengths 13 increase starting from the platform-facing end 31 after a certain distance to the platform-side end 19 of the foot 4, in the transition area 38 of an arch-like shape become shorter to the highest point with the height 16 of the cavity 7, where the cavity 7 is blind ends.
  • the blade profile is solid in the platform area and may have a weight-saving blade profile hollow in the upper area of the blade profile, not shown, at a distance from the platform. This avoids endangering the strength of the blade in the platform area.
  • the cavity 7 has no connection to the blade profile cavity, since it is an uncooled turbine blade and therefore no coolant transport through the foot is necessary.
  • the depth 33 increases, as shown in FIG. 2, from an area 5 from the platform-distorted end 31 of the foot 4 to the platform-side end 19.
  • the cavity 7 then follows a turn of the turbine blade in the transition area 38.
  • the depth 33 initially increases somewhat in the transition area 38 in order to ⁇ then gradually decrease from approximately the middle of the transition region 38 to the platform 2.
  • the largest possible area within the foot 4 or the transition area 38 is hollowed out by e ne maximum to achieve reduction. It is particularly taken into account that the walls 8, 12 have sufficient wall thicknesses 1-. to ensure the stability of the foot 4 even with strong "attacking centrifugal forces. Due to the curved design of the cavity 7, stress peaks are avoided, which lead to a reduction in strength.
  • the preparation of the Ausnohlung 7 can durcn a G ⁇ e err done with lost mold, which is used in the root region ⁇ er SCNA "fel before ⁇ em molding un ⁇ protrudes of the foot 4 through the rigaoge..an ⁇ te end 31, a platform facing away from open cavity wo ⁇ urch formed.
  • the casting core is formed as an en ⁇ en ⁇ er flower core. After the casting, the core is destroyed and removed from the cavity 7, since it cannot be removed as a whole due to the width which becomes smaller as a result of the opening.
  • Cross struts 28 are attached within the cavity 7, and extend between the longitudinal walls 12.
  • the cross struts 28 support the cavity 7 against attacking forces which act on the walls 8, 12.
  • the cross struts 28 are rounded in order to avoid voltage peaks. They are arranged essentially parallel to one another at a distance of 34 m from a longitudinal axis 39 of the turbine blade. They then enter the entire area between the two opposite longitudinal walls 12.
  • cross-strut-free areas Only at the end of the cavity 7 on the platform side and facing away from the platform there are rounded, cross-strut-free areas with a distance ⁇ o to the upper limit of the cavity 7 and a distance 41 to the lower end 31 in the platform-facing end.
  • the cross-strut-free areas are essentially production-related, since fingers of a cast core, by means of which the material-free areas between the cross struts 28 are produced, are connected to one another at the ends, to be able to maintain correct dimensions. In addition, they also contribute to further weight savings.
  • FIG. 2 shows a radial cross section at an almost right angle to the first longitudinal section of FIG. 1 along the section line II-II.
  • the foot 4 has toothed teeth 35, which engage the correspondingly shaped tooth 36 ⁇ er holding recess 30 of the turbine disk 3, m ⁇ ie the foot 4, and thus ensure a secure positive fit against slipping out of the turbine blade when the centrifugal force is applied.
  • an average width 6 ′ of the foot 4 formed by the teeth 35 and intervening openings increases. This average width 6 'is followed by the depth 33 of the transverse region of the cavity 7 while maintaining minimum wall thicknesses of the walls 12 which ensure stability.
  • the transition region 38 adjoining the foot 4 is curved like a lens, as is clear in the cross section from FIG , Accordingly, the cavity 7 is shifted relative to its formation in the foot 4 so that sufficient wall thicknesses 14 are ensured on both sides of the cavity 7.
  • Section line III-III from Fig.l and Fig.2. The 3re ⁇ te 6 of the cross section through the foot is quite large, since the cut through an upper tooth 35 of the foot 4, that is in the area of the greatest width 6 of the foot 4, runs.
  • the hollow 7 consists of several chambers 29, the cross struts 28 corresponding to the partition walls of the chambers 29.
  • the chambers 29 point from the two transverse walls 8 of the foot 4 starting from an increasing depth 33, which has its greatest extent on the more rigid cross strut 28, in order to then remove the other transverse wall 8 of the foot 4 again as it approaches Cie.
  • the boundaries of the chambers 29 are rounded on all sides to avoid voltage peaks.
  • FIG. 4 shows a section along the section line IV-IV of FIG. 1 or FIG. 2 through the transition area 38.
  • the cut-out 7 has only five chambers 29 or four cross struts 28 in this area, since the section above the cross strut closest to the hot gas inflow side he follows. An enlarged chamber 29 can thus be seen at the area of the hot gas inflow side 17.
  • the wall thickness l ⁇ of the wall 8 is greater in the area of the hot gas inflow side 17 than in the opposite area on the hot gas outflow side 18.
  • FIG. 5 shows a section through the narrowest area of the foot 4 along the section line V-V of FIG. 1 or corresponding to F g.2.
  • the chambers 29 of the cavity 7 again have a cross-sectional depth 33 increasing from the transverse wall 8, but the cross-sectional change is not as great as in FIG. 3.
  • the maximum in turn lies in the area of the central cross strut 28.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Um eine Turbinenlaufschaufel, mit einem innenungekühlten Schaufelprofil (1), das sich von einer Schaufelplattform (2) ausgehend erstreckt, an die sich ein in eine Turbinenscheibe (3) eingreifender Schaufelfuß (4) anschließt, dessen radialer Querschnitt zur Schaufelplattform (2) hin einen Bereich (5) zunehmender Breite (6´) aufweist, so auszubilden, daß eine Verlängerung des Laufschaufelprofils ermöglicht ist, wird vorgeschlagen, daß der Schaufelfuß (4) eine plattformabgewandt offene Aushöhlung (7) aufweist, die plattformseitig blind endet und im Bereich (5) der zunehmenden Breite (6´) des Schaufelfußes (4) querschnittsmäßig verbreitert ist.

Description

Beschreioung
Turbinenlaufschaufel
Die Erfindung betrifft eine Turbmenlaufscnaufe , mit einerr mnenungekuhlten Schaufelprofll, das sich von einer Schaufel- plattfor ausgehend erstreckt, an die sicn ein m eine Turbinenscheibe eingreifender Schaufelfuß anschließt, dessen radialer Querscnnitt zur Schaufelplattform hm einen Bereich zunenmenαer Breite aufweist.
Zur Erhöhung αes Wirxungsgraαs oezienungsweise /Jirkungsquer- sch itfs von Gasturomen werden die Scnaufelprofile der Tur- omenlaufschaufein möglichst verlängert, um nierαurch eine bessere Ausnutzung des vorbeistromenden Heißgases zu erreichen. Diese Verlängerung des Schaufelproflls ist jedoch durch mehrere Parameter begrenzt.
Durcn die verlängerten Scnaufelprofile und αie Hierdurch ver- großerte bewegte Masse wird beispielsweise ein Nabenbereich der Turbinenscheibe durch die angreifende Fliehkraft stark belastet. Dem wird durch Erhöhung der tragenden Elacne im Na- benbereicn mittels axialer Verlängerung der Scheibe zu begegnen versucht. Diese Verlangerungsmoglichkeit ist jedocn be- grenzt. Durch vergrößerte Schaufelprofile wird nicht nur die Nabe starker belastet, sondern auch der Bereich, m dem die Turbinenschaufein mit ihren Fußen in Halteausnertmungen des Außenumfangs der Turoinenscheibe eingesetzt sind. Eine Verlängerung der Schaufelprofile konnte auch radial zur Schei- bennabe erfolgen, hierdurch wurden sich jedoch die Halteaus- nehmungen des Außenumfangs naherrucken, ihr Abstand wurde geringer und somit wurde der Scheibenbereich zwiscnen ihnen starker belastet. Diese Belastung ist jedoch nur in einem geringen Maße erhohbar, ohne eine Schädigung der Turbinenschei- be zu riskieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Turbi- nenlaufscnaufel zu schaffen, die eine Verlängerung αer Lauf- schaufelprofile ermöglicht, ohne oder mit einer lediglich geringfügigen Erhöhung lokaler Belastungen der Turomenscheibe beziehungsweise von Laufschaufelfußen .
Die Aufgaoe wird dadurch gelost, daß der Schaufelfuß eine plattformabgewandt offene Ausnohlung aufweist, die plattformseitig blind endet und im Bereich der zunehmenden Breite αes Schaufelf ßes querschnittsmaßig veroreitert ist.
Der Schaufelfuß ist üblicherweise zur Sicherung der Stao^l^- tat massiv ausgebildet unα weist im Vergleich ZJ den übrigen Abmessungen αer Turbmenscnaufel einen großen Querschnitt auf. Somit ist seine Masse noch und er hat einen großen Anteil an αer bei Drehung αer Turbinenscheibe auftretender Fliehkraftoelastung der Turbmenscheioe unα der Haltevorπcn- tungen für die Schaufel. Durch die Aushöhlung erniedrigt sich die Masse des Fußes und somit die Flienkraftoelastung be- trachtlicn. Die besondere Form der Aushöhlung, nämlich eι_e querschnittsmaßige Verbreiterung an den Langswanden im Bereich zunehmender Breite des Schaufelfußes, gewährleistet eine optimale Ausnutzung der Form des Schaufelfußes im
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auf eine Erniedrigung der Masse. Daαurch, daß die Aushöhlung plattformseitig blind endet, sind zudem die Stabilitatsanforderungen, die insbesondere im Bereich zwischen Plattform und Schaufelprofil durch vielfaltigen starken Kräfte- und Temperaturangriff sehr hoch sind, erfüllt. Die Erfindung ermöglicht somit zugleich, die Masse der Schaufel gering zu halten und ihre Stabilität zu erhalten oder sogar zu verbessern.
Durch die Gewichtsreduzierung wird aas mittlere Spannungsniveau im Fußbereicn abgesenkt und Spannungsspitzen an Haltezahnen des Fußes und der angrenzenden Turbinenscheibe gemildert, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer αer Turbinen- schaufei und insbesondere zu einer Verbesserung der Haltbarkeit des Fußes fuhrt. Somit ist es ohne Gefahrdung der Staoi- litat der Turbinenschaufel und unter Beibehaltunα der Form des Fußes möglich, das Laufschaufelprofil nach außen zu verlangern und somit den Wirkungsgrad der Turbine zu ertohen.
Eine gute Stabilität αes plattformseitigen Schaufelprofiloe- reicns ist dadurch gegeben, daß die Aushonlung in eifern Ober- gangsbereich zwischen dem Schaufelfuß und unternalb einer Plattformoberseite der Plattform endet. Oberhalo der Platt- formoberseite ist die Krafteinwirkung auf die Schaufel besonders hocn und αie Schaufel ist schmaler als im Plattformbe- reich ausgebildet. Enαet jedoch die Aushonlung unternalb αer Plattformoberseite wird die Krafteinwirkung αurch die stacile Plattform und die angrenzenden Bereiche m ausreichendem i^a'se aαgefangen .
Zur Vermeidung von Spannungsspitzen und somit lokal ^oerma~:ιg hohen Belastungen wird vorgeschlagen, daß die Aushor_ung von uoerwiegεnd abgerundeten Wanden Degrenzt ist und m gewölbter Form unterhalb der Plattformoberseite endet.
Eine sehr große Massenreduktion ist dadurcn gegeben, daß stcn Langswande der Aushöhlung über nahezu die gesamte Lange des Schaufelfußes und Querwände über nahezu die gesamte Breite des Schaufelfußes erstrecken, wobei die Wände der Ausnohlung eine ausreichende Stabilität bei Fliehkra angriff gewahrlei- sten.
Die zum großen Teil zentral angreifenden Kräfte werden gut in massive Bereiche der Schaufel weitergeleitet ohne die Wände der Aushöhlung zu stark zu belasten, wenn die Aushonlung in mittleren Bereich die größte Hohe aufweist und zu de'1 Quer- und Langswanden hin abfallt.
Wenn sich die Langswande der Aushöhlung bei Annäherung an das plattformseitige Ende unter Einhaltung einer Mindest anddιc<e an den Querwanden der Aushöhlung bereichsweise stetig verbreitern, wird die Gewichtsreduktion verbessert und zugleicn eine abrupte Änderung der Krümmung, die zu lokalen Spannungs- maxima fuhrt, beim Übergang m einen abgerundeten Endbereicn vermieden .
Die heißen Arbeitsgase belasten insbesondere denjenigen Kantenbereich der Scnaufel, der als erster direkt angeströmt wird. Den höheren Festigkeitsanspruchen der Heißgasanstrom- se te wird dadurch Rechnung getragen, daß die Mmoestwanddik- ke m der Nahe einer Heißgasanstromseite großer ist als an der Heißαasabstromseite .
Eine mateπal- und massesparende Erhöhung der Festigkeit des Fußes ist dadurch gegeben, daß der Schaufelfuß von zwischen seinen Langswanden ausgebildeten Querstreben verstärkt ist. Die Kräfte, die an der einen Langswand der Aushöhlung angrei- fen, werden durch die Querstreben an die andere Langswand αei Aushöhlung und durch beide Wände in die Turbinenscheibe wei- tergeleitet, ohne die Stabilität der Aushöhlung zu gefährden Durcn die "eitere Reduzierung der Masse erfolgt zudem aufgrund der verringerten Fliehkraftbelastung eine weitere Ent- lastung des Fußes.
Wenn die Querstreben plattformseitig von den Wanden oer Aushöhlung und/oder von dem plattformabgewandten Ende des Schaufelfußes Abstand aufweisen, ist eine zusätzliche Gewichtser- sparung unter Beibehaltung der Stabilität gegeben.
Eine optimale Weiterleitung der Kräfte erfolgt dadurcn, daß Positionen und Formen der Querstreben einem Kraftlinienver- lauf angepaßt sind, der durch an dem Schaufelprofil angrei- fende Fliehkräfte entsteht. Durch eine angepaßte Anzahl und Form der Querstreben ist es somit einerseits möglich, die Masse des Schaufelfußes stark zu reduzieren, indem die Wände der Aushöhlung aufgrund der unterstutzenden Wirkung oer Querstreben dunner ausgebildet sein können, und zugleich einen homogeneren Spannungsverlauf entlang der Längsseiten der Aushöhlung aufgrund der Abstutzung durch die Querstreben zu erhalten . Die im mittleren Bereich besonders hohen angreifenden Kräfte werden dadurcn abgefangen, daß die Querstreben αer Aushöhlung im mittleren Bereich die größte Hohe aufweisen und an einen abfallenden Verlauf der Aushonlung angepaßt m der Hone ab- nenmen.
In den Figuren ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung gegeben. Es zeigen:
Fig.l einen radialen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbinenschaufel,
Fig.2 einen Längsschnitt durch einen Fußbereicr einer Turbi- nenschaufel nach Fig.l entlang der Schnittlinie Z I - Z I , Fig.3 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbi- nenschaufel nacn Fig.l entlang der Schnittlinie III-III,
Fig.4 einen Querschnitt durch einen Fußbereich e_ner Turbi- nenschaufel nach Fig.l entlang der Schnittlinie iv-iv und Fig.5 einen Querschnitt durch einen Fußbereich einer Turbi- nenschaufel nach Fig.l entlang der Schnittlinie V-V.
Fig.l zeigt einen radialen Querschnitt durch einen Fuß 4 sowie eine Plattform 2 und einen Teil eines Schaufelprofils 1 einer Turbinenschaufel. Der Fuß 4 wird in eine r.alteausnen- mung 30 einer Turbinenscheibe 3 geschoben und mittels Zahnen 35 des Fußes 4 und korrespondierender Zahnen 36 der Halteaus- nehmung 30 formschlussig gehalten, wie in Fig.2 αargestellt. Fuß 4, Plattform 2 und Profil 1 sind emstuckig, zusammenhangend geformt, vorzugsweise gegossen. Nebenemanαer angeordnete Schaufelprofile 1 bieten vorbeistromendem Heizgas einen Widerstand und andern dessen Geschwindigkeit unα Richtung, wodurch die Turbinenscheibe 3 zu Drehungen mit senr hoher Drehzahl um eine Scheibenachse angeregt wird. Die nierbei auftretenden Fliehkräfte müssen im wesentlichen von αen Zahnen 35 des Schaufelfußes 4 und den Zahnen 36 der rfalteausneh- mung 30 aufgefangen werden. Insbesondere bei mnenungekuhlten Turbinenschaufeln sind im allgemeinen große Teile der Turbi- nenschaufel massiv ausgebildet und besitzen somit ein hohes Gewicht, das die Fußbereiche stark belastet.
Der Fuß 4 weist eine erf dungsgemaße, gewicntsreduzierenαe Aushöhlung 7 auf. Diese ist gewolbeartig geformt und endet am plattformseitigen Ende 19 der Turbmenschaufel blind unter- nalb der Oberseite 21 αer Plattform 2. An einem plattformao- gewandten Ende 31 des Fußes 4 ist die Aushöhlung 7 offen. Der Fuß 4 weist im Bereicn des plattformabgewandten Enαes 31 eine im wesentlichen konstante Lange 32 auf. Die Lange 32 nimmt bei Annäherung an die Plattform 2 zunächst wegen einer Anfor- mung 37 des Uoergangsbereichs 38 etwas zu, um danacn bis zur Plattform 2 stetig abzunehmen. Die Aushöhlung 7 besitzt Langen 13 von Langswanden 12 sowie Tiefen 33.
Die Langen 13 nehmen ausgehend von dem plattformabgewandten Enαe 31 nacn einer gewissen Distanz bis zum plattformseitigen Ende 19 de^ Fußes 4 zu, werden im Ubergangsbereich 38 einer bogenartigen Form kurzer bis zum höchsten Punkt mit der Hohe 16 der Aushöhlung 7, wo die Aushöhlung 7 blind endet.
Dieses Ende liegt vorzugsweise im Bereich oder unterhalb der Plattformoberseite 21, um eine ausreichende Stabilität der Schaufel zu gewährleisten. Das Schaufelprofll ist im Platt- formbereich massiv und weist eventuell eine gewichtsemspa- rende Schaufelprofllaushohlung im oberen, nicht dargestellten Bereich des Schaufelproflls mit Abstand zur Plattform auf. Hierdurch wird vermieden, die Festigkeit der Schaufel im Plattformbereich zu gefährden. Die Aushöhlung 7 besitz keine Verbinαung zu der Schaufelprofllaushohlung, da es sicn um ei- ne nenungekuhlte Turbmenschaufel handelt und somit kein Kuhlmitteltransport durch den Fuß notwendig ist.
Die Tiefe 33 nimmt, wie in Fig.2 gezeigt, vom plattformabge- wanαten Ende 31 des Fußes 4 bis zum plattformseitigen Ende 19 hm m einem Bereich 5 zu. Dann folgt die Aushöhlung 7 einer Wendung der Turbinenschaufel im Ubergangoereich 38. Die Tiefe 33 nimmt im Ubergangsbereich 38 zunächst noch etwas zu, um η dann ab annähernd der Mitte des Ubergangsbereichs 38 bis zur Plattform 2 hin stetig abzunehmen. Hierdurch ist ein größtmöglicher Bereich innerhalb des Fußes 4 beziehungsweise αes Übergangsbereichs 38 ausgehöhlt, um e ne maximale
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duzierung zu erzielen. Es ist hierbei insbesondere berücksichtigt, daß die Wände 8,12 ausreichende Wanddicken 1-. zur Gewanrleistung der Stabilität des Fußes 4 auch bei starke" angreifenden Fliehkräften haben. Durch die gewölbte Ausbildung der Aushöhlung 7 werden Spannungsspitzen vermieden, αie zu einer Verringerung der Festigkeit fuhren.
Die Herstellung der Ausnohlung 7 kann durcn einen G^e .err mit verlorener Form erfolgen, der im Fußbereich αer Scna„fel vor αem Guß eingesetzt wird unα über das plattformaoge..anαte Ende 31 des Fußes 4 hinausragt, woαurch sich eine plattformabgewandt offene Aushöhlung ausbildet. Am plattformse_t - gen Enαe 19 des Fußes 4 ist der Gießkern als dort enαenαer Blmdkern ausgebildet. Nach dem Guß wird der Kern zerstört und aus der Aushöhlung 7 entfernt, da er sich aufgrund der zur Öffnung tun geringer werdenden Breite nicht als Ganzes entfernen laßt.
Innerhalb der Aushöhlung 7 sind Querstreben 28 angebracht, αie zwischen den Langswanden 12 verlaufen. Durch die Quer- streben 28 wird die Aushöhlung 7 gegen angreifende Kräfte, die auf die Wände 8,12 wirken, abgestutzt. Im Ausfuhrungscei- spiel handelt es sich um fünf Querstreben 2δ, von denen die Querstrebe 28 im mittleren Bereich 15 der Aushöhlung 7 die größte Hohe 20 aufweist und im Bereich der größten Hohe 16 der Aushöhlung 7 angeordnet ist. Die Querstreben 28 sind abgerundet, um Spannungsspitzen zu vermeiden. Sie sind im wesentlichen parallel zueinander in Abstanden 34 m Ricntung einer Langsachse 39 der Turbmenscnaufel angeordnet. Sie r.en- men nanezu den gesamten Bereich zwischen den beiden gegen- uberliegenden Langswanden 12 ein. Lediglich am plattformseitigen und plattformabgewandten Ende der Aushöhlung 7 giot es abgerunαete, querstrebenfreie Bereiche mit einem Abstand ^o zur oberen Begrenzung der Aushöhlung 7 und einem Abstand 41 zur unteren im plattformabgewandten Ende 31. Die querstreben- freien Bereiche sind im wesentlichen herstellungsbedingt, da Finger eines Gußkerns, durch die die materialfreien Bereiche zwischen den Querstreben 28 hergestellt werden, an Enden miteinander verbunden sind, um korrekte Maße einhalten zu können. Zudem tragen sie auch noch zu einer weiteren Gewichtseinsparung bei.
Fig.2 zeigt einen radialen Querschnitt in einem nahezu rechten Winkel zum ersten Längsschnitt der Fig.l entlang der Schnittlinie II-II. In regelmäßigen Abstanden weist der Fuß 4 ausgewoibte Zahne 35 auf, die entsprechend geformte Zahne 36 αer Halteausnenmung 30 der Turbinenscheibe 3, m αie der Fuß 4 eingesetzt ist, hintergreifen und so einen sicheren Formschluß gegen e n Herausrutschen der Turbmenschaufei bei Fiiehkraftbelastung gewährleisten. Vom plattformabgewandten Ende 31 bis zum plattformseitigen Ende 19 des Fußes 4 nimmt eine von den Zahnen 35 und dazwischenliegenαen Einwoibungen gebildete gemittelte Breite 6' des Fußes 4 zu. Dieser mittleren Breite 6' folgt die Tiefe 33 des Querbereichs der Aushöhlung 7 unter Einhaltung von stabilitatssichernden M dest- wanddicken der Wände 12. Der sich an den Fuß 4 anschließende Ubergangsbereich 38 ist linsenartig gewölbt, wie im Quer- schnitt aus Fig.4 deutlich wird. Dementsprechend ist die Aushöhlung 7 relativ zu ihrer Ausbildung im Fuß 4 so verschoben, daß ausreichende Wanddicken 14 beidseitig der Aushöhlung 7 gewahrleistet sind.
Fig.3 zeigt einen Querschnitt durch den Fuß 4 entlang der
Schnittlinie III-III aus der Fig.l bzw. Fig.2. Die 3reιte 6 des Querschnitts durch den Fuß ist recht groß, da der Schnitt durch einen oberen Zahn 35 des Fußes 4, das heißt im Bereich der größten Breite 6 des Fußes 4, verlauft. Die Aushöhlung 7 besteht in diesem Schnitt aus mehreren Kammern 29, wobei die Querstreben 28 Trennwanden der Kammern 29 entsprechen. Die Kammern 29 weisen von den beiden Querwanden 8 des Fußes 4 ausgehend zunächst eine sich vergrößernde Tiefe 33 auf, die hre größte Ausdehnung an der rittleren Querstrebe 28 hat, um dann wieder mit Annäherung an Cie andere Querwand 8 des Fußes 4 abzunehmen. Die Begrenzungen oer Kammern 29 sind zur Ver- meidung von Spannungsspitzen allseitig abgerundet ausgebildet.
Fig.4 zeigt einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Fig.l bezienungsweise Fig.2 durch den Ubergangsbereicn 38. Die Ausnohlung 7 weist in diesen Bereich lediglich fünf Kammern 29 beziehungsweise vier Querstreben 28 auf, da der Schnitt oberhalb der heißgasanstromseitig nachstgelegenen Querstrebe erfolgt. Somit ist a„f αem Bereich der Heißgasanstromseite 17 eine vergrößerte Kammer 29 zu sehen. Die Wand- dicke l ά der Wand 8 ist im Bereich der Heißgasanstromseite 17 großer als im gegenüberliegenden Bereich αer Heißgasabstrom- seite 18. Durch diese angepaßte, leicht unsymmetriscne Ausbildung der Aushöhlung 7 konner d e individuell verstärkten Spannungen beziehungsweise angreifenden Kräfte unter optima- 1er Einsparung des Gewichts festigkeitserhaltend abgefangen werden.
Fig.5 zeigt αemgegenuber einen Schnitt durch den schmälsten Bereicn des Fußes 4 entlang αer Schnittlinie V-V der Fig.l beziehungsweise entsprechend F g.2. Die Kammern 29 der Aushöhlung 7 weisen ebenfalls wieder eine von der Querwand 8 ausgehend zunehmende Querschnittstiefe 33 auf, wobei jedoch die Querschnittsanderung nicht so groß ist, wie bei Fig.3. Das Maximum liegt wiederum im Bereich der mittleren Querstre- be 28.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenlaufschaufel, mit einem mnenungekuhlten Schaufel- profil (1), das sich von einer Schaufelpiattform (2) aus- gehend erstreckt, an die sicn ein m eine Turbinenscheibe 1 3 ) eingreifender Scnaufelfuß (4) anschließt, dessen radialer Querschnitt zur Schaufelplattform (2) hm einen Bereich (5) zunehmender Breite (6 ) aufweist, dadurcn gekennzeichnet, daß der Schaufeifuß (4) eine plattformabge- wandt offene Aushöhlung (7) aufweist, die plattformseitig bi α endet und im Bereich (51 der zunehmenden Breite (6 ^ des Schaufelfußes (4N querschnittsmaßig verbreitert ist.
2. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch geκennzeιcn- net, daß die Aushonlung (7) einem Ubergangsbereich (381 zwischen dem Schaufelfuß (4) unα unterhalb einer Plattfor- mooerseite (21) der Plattform (2) endet.
3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 cder 2, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Aushöhlung (7) von überwiegend abgerundete Wanden (8,12) begrenzt ist und m gewölbter Form unterhalb der Plattformoberseite (21) endet.
4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, daß sich Langswande (12) der Aushöhlung (7) über nahezu die gesamte Lange (32) des Schaufelfußes (4) und Querwände (8) über nahezu die gesamte Breite (6) des Schaufelfußes (4) erstrecken, wobei die Wände (8,12) der Aushöhlung (7) eine ausreichende Stabilität bei Flieh- kraftangπff gewahrleisten.
5. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushöhlung (7) im mittleren Bereich (15) die größte Hohe (16) aufweist und zu den Quer- (8) und Langswanden (12) hin abfallt.
6. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Langswande (12) der Aushöhlung (7) oei Annäherung an das plattformseitige Ende
(19) unter Einhaltung einer Mmdestwanddicke (14) an der Querwanden (8) der Aushöhlung (7) bereichsweise stetig verbreitern .
7. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mmdestwanddicke (14) der Nahe einer Heißgasanstromseite (17) großer ist als an der Heißgasabstromseite (18).
8. Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, αa- durch gekennzeichnet , daß αer Schaufelfuß (4) von zwiscnen seinen Langswanden (12) ausgebildeten Querstreben (28) verstärkt ist.
9. Turbmenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurcn gekennzeicn.net , daß die Querstreben (28) plattformseitig von den Wanden (12) αer Ausnohiung (7) und/oder von dem plattformabgewandten Ende (31) des Schaufelfußes (4) Abstand (40, 41) aufweisen.
10. Turbmenlaufscnaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da- durch gekennzeichnet, daß Positionen und Formen der Querstreben (281 einem Kraftlinienverlauf angepaßt sind, der durch an dem Schaufelprofll (1) angreifende Fliehkräfte entsteht .
11. Turb enlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstreben (28) der Aushöhlung (7) im mittleren Bereich (15) die größte Hohe (20) aufweisen und an einen abfallenden Verlauf der Aushöhlung (7) angepaßt der Hohe (20) abnehmen.
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