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Die
Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere
einen Gasturbinenrotor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Rotoren
einer Turbomaschine, wie zum Beispiel Gasturbinenrotoren, verfügen über einen
Rotorgrundkörper
sowie über
mehrere mit dem Rotorgrundkörper
rotierende Laufschaufeln. Die hier vorliegende Erfindung betrifft
einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor,
bei welchem die Laufschaufeln über
ihre Schaufelfüße in Nuten,
die in Axialrichtung des Rotorgrundkörpers verlaufen, also in Axialnuten,
befestigt sind.
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Bei
Gasturbinenrotoren, bei welchen die Laufschaufeln über ihre
Schaufelfüße in Axialnuten des
Rotorgrundkörpers
verankert sind, kommen zur Axialsicherung der Laufschaufeln sogenannte
Verschlussplättchen
zum Einsatz, die auch als Locking Plates bezeichnet werden. Die
Verschlussplättchen sind
in montiertem Zustand in einer Ringnut des Rotorgrundkörpers sowie
in einer Ringnut der im Rotorgrundkörper verankerten Laufschaufeln
geführt. Nach
dem Stand der Technik sind die Verschlussplättchen rechteckähnlich ausgeführt, wobei
zur Montage dieser rechteckähnlichen
Verschlussplättchen
in den Ringnuten von Rotorgrundkörper
und Laufschaufeln eine oder mehrere Laufschaufeln im vormontierten
Rotorverbund in Axialrichtung verschoben werden müssen, damit
die Verschlussplättchen
in die Ringnuten eingeführt
werden können. Hierzu
ist ein vergrößertes Spiel
zwischen den Schaufelfüßen der
Laufschaufeln und den jeweiligen Axialnuten des Rotorgrundkörpers erforderlich.
Ein derartiges, vergrößertes Fußspiel hat
jedoch negativen Einfluss auf die Festigkeit der Laufschaufeln.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde,
einen neuartigen Rotor einer Turbomaschine zu schaffen.
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Dieses
Problem wird dadurch gelöst,
dass der eingangs genannte Rotor einer Turbomaschine durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.
Erfindungsgemäß weisen
die Verschlussplättchen
einen drachenähnlichen,
insbesondere einen parallelogrammähnlichen oder rautenähnlichen,
Umriss auf, derart, dass die Verschlussplättchen in einer Einführposition
zwischen den Rotorgrundkörper
und die Schaufelplattformen der Laufschaufeln einsetzbar und in
einer gegenüber
dieser Einführposition
verdrehten Montageposition in die Ringnu ten von Rotorgrundkörper und Schaufelplattformen
eindrehbar sind. In der Einführposition
der Verschlussplättchen
ist eine radiale Breite derselben kleiner als der Abstand zwischen
einer die Ringnut des Rotorgrundkörpers definierenden Kante und
einer die Ringnut der Schaufelplattformen definierenden Kante; in
der Montageposition hingegen ist eine radiale Breite der Verschlussplättchen größer als
der Abstand zwischen der die Ringnut des Rotorgrundkörpers definierenden
Kante und der die Ringnut der Schaufelplattformen definierenden
Kante.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird ein Rotor einer Turbomaschine,
insbesondere ein Gasturbinenrotor vorgeschlagen, bei welchem die
Verschlussplättchen
zur Axialfixierung bzw. Axialsicherung der in Axialnuten über ihre
Schaufelfüße geführten Laufschaufeln
drachenähnlich
ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Verschlussplättchen parallelogrammähnlich oder
rautenähnlich
ausgeführt,
wobei Kanten der Verschlussplättchen
entweder geradlinig oder kreisbogenförmig verlaufen können und
an die Nutdurchmesser angepasst sind. Bedingt durch die erfindungsgemäße Kontur
der Verschlussplättchen
können
dieselben einfach bzw. problemlos zwischen den Rotorgrundkörper und
die Schaufelplattformen der Laufschaufeln eingeschoben werden. Zum
Einführen
derselben in die Ringnuten von Rotorgrundkörper und Laufschaufeln werden
die Verschlussplättchen
lediglich verdreht. Hierdurch ist es möglich, das Spiel zwischen dem
Schaufelfuß der Laufschaufeln
und den Axialnuten des Rotorgrundkörpers zu minimieren. Hierdurch
erhöht
sich die Festigkeit des Schaufelfußes.
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Vorzugsweise
verläuft
in der Montageposition der Verschlussplättchen, in welcher dieselben
in die Ringnuten von Rotorgrundkörper
und Schaufelplattformen eingedreht sind, eine Verbindungsgerade zwischen
zwei in Radialrichtung gegenüberliegenden Eckpunkten
eines Verschlussplättchens
durch einen Mittelpunkt des Rotorgrundkörpers. Ein Schwerpunkt der
Verschlussplättchen
ist derart gegenüber
der durch den Mittelpunkt des Rotorgrundkörpers verlaufenden Verbindungsgeraden
versetzt, dass sich die Verschlussplättchen im Betrieb des Rotors
selbsttätig in
ihrer Montageposition stabilisieren.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden, ohne hierauf beschränkt
zu sein, an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1:
einen Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor nach dem Stand der Technik
in perspektivischer Seitenansicht;
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2:
eine Ansicht auf die aus dem Stand der Technik bekannten Verschlussplättchen des
Gasturbinenrotors der 1;
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3a–3d:
verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors zusammen
mit erfindungsgemäß ausgebildeten
Verschlussplättchen;
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4:
eine weitere Ansicht auf die erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussplättchen;
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5:
eine weitere Ansicht auf die erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussplättchen; und
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6:
eine Ansicht auf alternative, erfindungsgemäß ausgebildete Verschlussplättchen.
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Bevor
nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 bis 6 Ausführungsbeispiele
der hier vorliegenden Erfindung in größerem Detail beschrieben werden,
soll vorab unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein
aus dem Stand der Technik bekannter Gasturbinenrotor mit in Axialnuten
geführten
Schaufelfüßen von
Laufschaufeln beschrieben werden.
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1 und 2 zeigen
einen aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbinenrotor 10, der
einen Rotorgrundkörper 11 sowie
mehrere Laufschaufeln 12 aufweist. Jede der Laufschaufeln 12 verfügt über ein
Schaufelblatt 13 sowie einen Schaufelfuß 14, wobei zwischen
dem Schaufelblatt 13 und dem Schaufelfuß 14 eine Schaufelplattform 15 ausgebildet
ist. In den Rotorgrundkörper 11 sind
mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Axialnute 16 eingebracht,
wobei jede Laufschaufel 12 mit ihrem Schaufelfuß 14 in
einer solchen Axialnut 16 im Rotorgrundkörper 11 verankert
ist. Wie 1 zeigt, können die Axialnute 16 in
Umfangsrichtung anstellt sein. Zur Axialfixierung bzw. Axialsicherung
der in die Axialnute 16 eingeführten Laufschaufel 12 dienen Verschlussplättchen 17,
die auch als Locking Plates bezeichnet werden. Die Verschlussplättchen 17 sind einerseits
in einer Ringnut 18 des Rotorgrundkörpers 11 und andererseits
in Ringnuten 19 der Schaufelplattformen 15 geführt. Wie 1 und 2 entnommen
werden kann, verfügen
die Verschlussplättchen 17 nach
dem Stand der Technik über
einen rechteckähnlichen
Umriss, wodurch es erforderlich ist, zur Einführung der Verschlussplättchen 17 in
die Ringnuten 18 bzw. 19 eine oder mehrere Laufschaufeln 12 im
vormontierten Rotorverbund in Axialrichtung zu verschieben. Um dabei
eine ausreichende axiale Verschiebung einer oder mehrerer Laufschaufeln 12 im
Rotorverbund zu ermöglichen,
ist nach dem Stand der Technik eine Vergrößerung eines Fußspiels
zwischen den Schaufelfüßen 14 und
der jeweiligen Axialnut 16 erforderlich, die aus Festigkeitsgründen von Nachteil
ist. Dies gilt insbesondere für
Laufschaufeln mit Außendeckband
und sogenannter Z-Verzahnung im Bereich des Außendeckbands.
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3a bis 3d zeigen
stark schematisiert unterschiedliche Ansichten eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors 20,
der wiederum über
einen Rotorgrundkörper 21 sowie
mehrere Laufschaufeln 22 verfügt. Jede der Laufschaufeln 22 weist
ein Schaufelblatt 23, einen Schaufelfuß 24 sowie eine Schaufelplattform 25 auf,
wobei die Schaufelplattform 25 zwischen dem Schaufelfuß 24 und
dem Schaufelblatt 23 positioniert ist. Die Laufschaufeln 22 sind
mit ihren Schaufelfüßen 24 in
Axialnuten 26 des Rotorgrundkörpers 21 verankert,
wobei eine Axialfixierung bzw. Axialsicherung der Laufschaufeln 22 in den
Axialnuten 26 über
Verschlussplättchen 27 bewerkstelligt
wird. Die Verschlussplättchen 27 greifen hierzu
einerseits in eine Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 sowie
in Ringnute 29 der Schaufelplattform 25 ein.
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Wie 3a bis 3d entnommen
werden kann, wird die Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 durch
eine radial innenliegende Kante 30 sowie eine radial außenliegende
Kante 31 definiert, die Ringnut 29 der Laufschaufeln 22 wird
von einer radial innenliegenden Kante 32 und einer radial
außenliegenden Kante 33 definiert.
Zur Axialfixierung bzw. Axialsicherung der Laufschaufeln 22 müssen die
Verschlussplättchen 27 derart
in die Ringnuten 28 und 29 eingreifen, dass in
der Projektion eine radial außenliegende
Kante 34 der Verschlussplättchen 27 von der radial
innenliegenden Kante 32 der Ringnut 29 der Laufschaufeln 22 und
eine radial innenliegende Kante 35 der Verschlussplättchen 27 von
der radial außenliegenden
Kante 31 der Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 verdeckt
ist. Zum Einführen
der Verschlussplättchen 27 in
die Ringnute 28 und 29 müssen dieselben jedoch zwischen
der radial außenliegenden
Kante 31 der Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 und
der radial innenliegenden Kante 32 der Ringnut 29 der
Laufschaufel 22 eingefädelt
werden.
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Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Verschlussplättchen 27 einen
drachenähnlichen,
insbesondere einen parallelogrammähnlichen oder einen rautenähnlichen,
Umriss aufweisen, sodass die Verschlussplättchen 27 in einer
Einführposition
(siehe 3a und 3b) zwischen
den Rotorgrundkörper 21 und
die Laufschaufeln 22 einsetzbar sind, nämlich zwischen die radial außenliegende
Kante 31 der Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 und
die radial innenliegende Kante 32 der Ringnut 29 der
Laufschaufeln 22. In einer gegenüber dieser Einführposition
verdrehten Montageposition (siehe 3c) greifen
die Verschlussplättchen 27 mit
ihren Kanten 34 und 35 in die Ringnuten 28 und 29 ein, ihre
Kanten 34 und 35 werden demnach in der Montageposition
von der radial außenliegenden
Kante 31 der Ringnut 28 des Rotorgrundkörpers 21 und
der radial innenliegenden Kante 32 der Ringnut 29 der
Laufschaufeln 22 verdeckt. Zur Montage der Verschlussplättchen 27 wird
im Sinne der hier vorliegenden Erfindung so vorgegangen, dass die
Verschlussplättchen 27 in
ihrer verdrehten Einführposition
(siehe 3a) im Sinne des Pfeils 36 zwischen
den Rotorgrundkörper 21 und
die Laufschaufel 22 eingeschoben werden, um dann in dieser eingeschobenen
Position im Sinne des Pfeils 37 (siehe 3b)
in ihre Montageposition verdreht zu werden. Ein in die Montageposition
verdrehtes Verschlussplättchen 27 wird
dann im Sinne des Pfeils 38 (siehe 3c) in
Umfangsrichtung verschoben, bis dasselbe an einem bereits montierten
Verschlussplättchen 27 zur
Anlage kommt. Auf diese Art und Weise in ihre Montageposition verdrehte
Verschlussplättchen 27 werden
durch mindestens ein plastisch verformbares Abschlusselement 39 fixiert,
welches im Sinne des Pfeils 40 (siehe 3d)
in die Ringnuten 28 und 29 eingedrückt wird.
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Wie 4 entnommen
werden kann, verläuft
in der Montageposition der Verschlussplättchen 27 eine Verbindungsgerade 41 zwischen
zwei sich in Radialrichtung gegenüberliegenden Eckpunkten 42 und 43 eines
Verschlussplättchens 27 durch
einen nicht-dargestellten Mittelpunkt des Rotorgrundkörpers 21.
Ein Schwerpunkt 44 der Verschlussplättchen 27 ist dabei
gegenüber
der Verbindungsgeraden 41 versetzt.
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Es
liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass der Schwerpunkt 44 gegenüber der
Verbindungsgeraden 41 derart versetzt ist, dass sich die Verschlussplättchen 27 im
Betrieb des Rotors selbsttätig
in ihrer Montageposition stabilisieren. So visualisiert 5 mit
dem Pfeil 45 auf die Verschlussplättchen 27 während des
Betriebs einwirkende Fliehkräfte,
die aufgrund der Lage des Schwerpunkts 44 relativ zur Verbindungsgeraden 41 bzw.
zum durch den Eckpunkt 43 definierten Drehpunkt der Verschlussplättchen 27 eine
Eigenstabilisierung der Verschlussplättchen 27 bei Fliehkrafteinwirkung
bewirken. Aufgrund der Lage der Schwerpunkts 44 stabilisiert
sich demnach die Lage der Verschlussplättchen 27 selbsttätig, sodass
bei Verlust eines einzelnen Verschlussplättchen 27 oder eines
Abschlusselements 39 im Betrieb nicht zwangsläufig andere
Verschlussplättchen 27 verloren
gehen. Dies erhöht
die Sicherheit der Axialfixierung der Laufschaufeln 22.
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In
den Darstellungen der 4 bis 5 sind die
Verschlussplättchen 27 allesamt
parallelogrammähnlich
mit geradlinig verlaufenden Kanten ausgeführt. Jeweils zwei gegenüberliegende
Kanten verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Wie 6 zeigt,
können
die Verschlussplättchen 27 auch kreisbogenförmig verlaufende
Kanten aufweisen. Hierdurch ist eine bessere Konturanpassung der
Verschlussplättchen 27 an
die Ringnuten 28 und 29 möglich, der Fertigungsaufwand
der Verschlussplättchen 27 mit
kreisbogenförmig
verlaufenden Kanten ist jedoch höher
als der Fertigungsaufwand für
Verschlussplättchen 27 mit
geradlinig verlaufenden Kanten.
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Im
Vergleich zum Stand der Technik ist beim erfindungsgemäßen Rotor
zur Montage der Verschlussplättchen 27 keine
Vergrößerung des
Spiels zwischen dem Schaufelfuß 24 der
Laufschaufeln 22 und den Axialnuten 26 des Rotorgrundkörpers 21 erforderlich.
Hierdurch wird die Festigkeit der Laufschaufeln positiv beeinflusst.
Weiterhin sind die Verschlussplättchen
leicht montierbar.
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- 10
- Gasturbinenrotor
- 11
- Rotorgrundkörper
- 12
- Laufschaufel
- 13
- Schaufelblatt
- 14
- Schaufelfuß
- 15
- Schaufelplattform
- 16
- Axialnut
- 17
- Verschlussplättchen
- 18
- Ringnut
- 19
- Ringnut
- 20
- Gasturbinenrotor
- 21
- Rotorgrundkörper
- 22
- Laufschaufel
- 23
- Schaufelblatt
- 24
- Schaufelfuß
- 25
- Schaufelplattform
- 26
- Axialnut
- 27
- Verschlussplättchen
- 28
- Ringnut
- 29
- Ringnut
- 30
- Kante
- 31
- Kante
- 32
- Kante
- 33
- Kante
- 34
- Kante
- 35
- Kante
- 36
- Pfeil
- 37
- Pfeil
- 38
- Pfeil
- 39
- Abschlusselement
- 40
- Pfeil
- 41
- Verbindungsgerade
- 42
- Eckpunkt
- 43
- Eckpunkt
- 44
- Schwerpunkt
- 45
- Pfeil