DE10247767A1 - Schaufel- und Radschwalbenschwanzausgestaltung für Turbinenrotoren - Google Patents

Abstract

Eine Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel hat eine vorspringende Schwalbenschwanzkomponente an dem Rotorrad und eine rückspringende Schwalbenschwanzkomponente an der Schaufel. Die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente hat axial hervorstehende Haken mit geneigten Flächen entlang im Wesentlichen radial einwärts gerichteter Flächen. Die geneigten Flächen bilden eingeschlossene Winkel mit einer senkrecht zu der Rotationsachse stehenden und den Radschwalbenschwanz halbierenden Ebene, die größer als 90 DEG sind und für alle Haken konstant bleiben. Hohlkehlen mit einzelnen Radien sind ebenso entlang der Übergangsflächen zwischen den geneigten Stoßflächen und den Halsflächen vorgesehen. Daher werden die Spannungskonzentrationen minimiert.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Turbinen und insbesondere auf Schwalbenschwanzverbindungen zwischen dem Rad eines Dampfturbinenrotors und Dampfturbinenschaufeln.
• Schwalbenschwanzbefestigungstechniken zwischen Turbinenschaufeln und Turbinenrotorrädern für Dampfturbinen sind im Stand der Technik wohl bekannt. Es wurde jedoch herausgefunden, daß herkömmliche Schwalbenschwänze mit tangentialem Eintritt auf den hinteren Stufen von den Niederdruckrotoren in einer Umgebung arbeiten, die für Spannungsrisskorrosion (SCC) leitend ist. SCC wird durch die Spannungsniveaus beschleunigt, die in den Hakenhohlkehlbereichen typischer Schwalbenschwanzkonfigurationen vorhanden sind. Normalerweise sind diese Spannungen hinnehmbar, aber bei kontaminiertem Dampf können Risse beginnen und wenn sie unentdeckt bleiben, können sie zu einer Tiefe anwachsen, wodurch Versagen der Radhaken verursachen wird. In extremen Fällen werden alle Haken versagen und Schaufeln werden lose von dem Rotor wegfliegen. Lange Erfahrung mit Schaufel-zu-Rad- Schwalbenschwanzverbindungen haben gezeigt, daß die Radhaken reißen, aber daß die Schaufelhaken nicht reißen. Dies ist offensichtlich, weil das für Niederdruckrotoren verwendete NiCrMoV und ähnliche niedrig legierte Stähle viel geringeren Widerstand gegen SCC aufweisen, als die für die Schaufeln verwendeten 12Cr Stähle. Die Stähle für die Räder geben die optimale Kombination von Eigenschaften, die für Niedrigdruckrotoren-Designgesamtüberlegungen erhältlich sind. Somit ist es ein wirkungsvolles Mittel zum Verhindern von SCC in der typischen Niederdruckdampfumgebung, die Spannungen in dem Radschwalbenschwanz auf hinnehmbare Niveaus zu reduzieren. Wenn die maximale Spannung in Komponenten, die in einer korrosiven Umgebung arbeiten, unterhalb der Streckgrenze des Materials liegt, wird der Widerstand gegen SCC stark verbessert.
• Schaufel- und Radschwalbenschwanzausgestaltungen für Dampfturbinenrotoren wurden in den US-Patenten Nr. 5 474 423, 5 494 408 und 5 531 569, die jeweils vom selben Anmelder sind, beschrieben und veranschaulicht. In dem US-Patent Nr. 5 474 423 sieht die Schwalbenschwanzverbindungsausgestaltung vier Haken an dem Rotorrad vor, die in ihrer Dicke von dem radial äußersten Haken zu dem innersten Haken abnehmen. Zusätzlich sind Hohlkehlen zwischen Halsabschnitten des Rotorradschwalbenschwanz und Bodenflächen der darüberliegenden Haken vorgesehen, die Mehrfachradien haben, beispielsweise Verbundhohlkehlen, um die Spannungskonzentrationen mit vergrösserten Radien der Hohlkehlen zu verringern. Zusätzliche Merkmale dieses Stands der Technik weisen eine ebene Fläche entlang der radial äußersten Fläche des Hakens und in Kombination mit unterschiedlichen Ausbildungen von Verbundhohlkehlen auf. In der US-Patent Nummer 5 494 408 sind unterschiedliche Hohlkehlradien zwischen den Haken vorgesehen. In der US-Patent Nummer 5 531 569 sind Verbundhohlkehlradien offenbart.
• In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Rotorrad- und Schaufelschwalbenschwanzverbindungsausgestaltung vorgesehen, die durch Zentrifugalkräfte der Schaufeln in den Radhakenhohlkehlen verursachte konzentrierte Spannungen minimiert und größere Hakenhohlkehlradien ermöglicht, welche eine Spannungskonzentration weiter verringern. In Übereinstimmung mit einem grundliegenden Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Rotorradkontaktflächen, d. h. die im Wesentlichen radial einwärts zeigenden Flächen entlang der Unterseiten der Radhaken, mit gleichen Neigungsflächenwinkeln für jeden Haken des Schwalbenschwanz bei unterschiedlichen Radien entlang des Schwalbenschwanzes vorgesehen. Es wird verstanden werden, daß die Rotordrehung die Schaufel Zentrifugalkräfte entwickeln lässt, die durch die Kontaktflächen entlang der Unterseiten der Radhaken auf den Schwalbenschwanz aufgebracht werden. Diese Kräfte bringen eine Spannungserhöhung in dem Schwalbenschwanz mit Spitzenspannungen in dem Hohlkehlbereichen der Haken. Die Neigungsflächen verringern die Spannungskonzentration für einen gegebenen Hohlkehlradius und ermöglichen größere Hakenhohlkehlradien, die die Spannungskonzentration weiter reduzieren.
• Insbesondere liegen die Stoßflächen für herkömmliche Schwalbenschwänze mit tangentialem Eintritt auf einer axialen Umfangsebene, wobei eine Hohlkehle als ein Übergang zwischen der Stossfläche und der Halsfläche an den unterschiedlichen Stellen entlang des Schwalbenschwanzes verwendet wird. Diese beiden Flächen stehen in den herkömmlichen Schwalbenschwänzen mit tangentialem Eintritt bei 90° zueinander. In der US-Patent Nr. 6 142 737, die vom selben Anmelder ist, stehen die beiden Flächen um mehr als 90° zueinander aber ändern sich von Haken zu Haken. In der vorliegenden Erfindung sind diese Stossflächen so gedreht, daß die Übergangswinkel zwischen den Stossflächen, das heißt, den Neigungsflächen und den Halsflächen (in einer radialen Ebene) größer als 90° und bei jedem Hakenradius gleich sind. Die Drehwinkel werden Neigungswinkel genannt. Konzentrierte Spannungen ergeben sich, wenn Lastrichtungen gezwungen werden, die Richtungen zu ändern. Mit seinen geneigten Stossflächen ist die Richtungsänderung von 90° auf größere Winkel weniger heftig und die Spannungskonzentration ist daher geringer. Die geneigte Stossfläche ermöglichen auch einen größeren Hohlkehlradius bei der selben Übergangsstrecke verglichen mit dem herkömmlichen 90°-Übergang, wodurch sich ein größerer Hohlkehlradius und geringer konzentrierte Spannungen ergeben. Es wird auch verstanden werden, daß eine geneigte Quetschfläche eine Kraftkomponente in der Axialrichtung verursacht, welche eine Biegung des Schaufelbeins und eine axiale Last auf dem Schaft des Radschwalbenschwanzes ansteigen lässt. Um diesen Effekt zu minimieren, ist der Neigungswinkel von Haken zu Haken konstant, d. h. an jedem Hakenradius wird der selbe Neigungswinkel vorgesehen. Weil die Neigungswinkel der Stossflächen im Winkel von 90° vergrößert werden, werden auch die Hohlkehlradien vergrößert und dadurch werden Spannungskonzentrationen verringert.
• In einem weiteren Gesichtspunkt wird verstanden werden, daß die Hakendicke und -länge sowohl die Lastaufteilung zwischen den Haken, als auch die Biege- und Schubspannungen an den Haken steuert. Folglich wird die Hakendicke variiert, um einheitliche und minimal konzentrierte Spannungen zu erreichen, d. h. die Hakendicke nimmt mit einer abnehmenden radialen Höhe zu.
• Die hierin beschriebene Erfindung bezieht sich sowohl auf dreihakige als auch auf vierhakige Schwalbenschwanzausbildungen. Die Erfindung ist auch bei anderen Schwalbenschwänzen mit einer beliebigen Anzahl von Haken nützlich. Zusätzlich ist die Erfindung nicht nur auf Rotoren begrenzt, die anfällig für SCC sind und ihr Nutzen und ihre Vorteile können für andere spannungserzeugende Bedingungen ausgeführt werden, welche ein Reissen in Schwalbenschwanzhaken initiieren, wie zum Beispiel Reissen von Schwalbenschwanz in Hochtemperaturbereichen, wenn eher Kriechen als SCC der Versagensfall ist.
• In einem erfindungsgemäßen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel vorgesehen, die um eine Achse drehbar sind, wobei sie eine vorspringende Schwalbenschwanzkomponente an dem Rotorrad und eine rückspringende Schwalbenschwanzkomponente an der Schaufel aufweist, wobei die vorstehende Schwalbenschwanzkomponente die rückspringende Schwalbenschwanzkomponente in einer zu dem Rotorrad tangentialen Richtung aufnimmt, wobei die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente mit einer Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken an entgegengesetzten Seiten einer zu der Achse senkrechten und die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente halbierenden Ebene liegen, wobei jeder Haken eine im Wesentlichen radial nach innen zeigende Fläche hat, wobei die Flächen von zumindest einem Paar von Haken an jeder der entgegenliegenden Seiten der Flächen Winkel definieren, die sich von der Ebene weg und in Richtung und weg von der Achse erstrecken, und die Winkel der Flächen jedes Paar von Haken auf jeder der entgegengesetzten Seiten der Flächen gleich zueinander sind.
• In einem weiteren, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist zum Gebrauch in einer Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel, die um ein Achse drehbar sind, wobei das Rotorrad eine vorstehende Schwalbenschwanzkomponente zum Aufnehmen der rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente in einer zu dem Rotorrad tangentiale Richtung hat und wobei die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken hat, die auf entgegengesetzten Seiten einer senkrecht zu der Achse stehenden und die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente halbierenden Ebene liegen, wobei jeder Haken eine im Wesentlichen radial einwärts zeigende Fläche hat, wobei die Flächen jedes Hakens an den entgegenliegenden Seiten der Ebene Winkel definieren, die sich von der Ebene weg und in Richtung und weg von der Achse erstrecken, wobei der Winkel jeder Fläche gleich mit dem Winkel jeder anderen Fläche ist, eine rückspringende Schwalbenschwanzkomponente auf jeder Schaufel vorgesehen, die eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken hat, die im Wesentlichen ergänzend zu dem Haken des vorstehenden Schwalbenschwanz sind und radial auswärts gerichtete, abgewinkelte Flächen hat, die im Wesentlichen ergänzend zu den abgewinkelten Flächen der vorspringenden Schwalbenschwanzkomponente sind, wobei die Winkel der rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente gleich miteinander sind.
• Fig. 1 ist eine schematische Wiedergabe einer typischen Turbinenrotorradschaufel und Schwalbenschwanzverbindung;
• Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Turbinenradschwalbenschwanzes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht des Hohlkehl- und Schaftbereichs einer erfindungsgemässen Rad- und Schaufelschwalbenschwanzverbindung;
• Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Schaufelschwalbenschwanzverbindung zum Ineinandergreifen mit der Schwalbenschwanzverbindung des Radschwalbenschwanzes aus Fig. 2; und
• Fig. 5 und 6 sind jeweils zu Fig. 2 bzw. 4 ähnliche Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Rotorkörper veranschaulicht, wobei beispielsweise ein Rotorrad 12 auf eine Welle 10 montiert wird, welches entlang seines äußeren Radius in einer Reihe von vorspringenden Schwalbenschwanzkomponenten 14 endet. Die Turbinenschaufeln 16 haben jeweils eine rückspringende Schwalbenschwanzverbindung 18 entlang ihres radial innersten Abschnitts, so daß sie mit der vorspringende Schwalbenschwanzverbindung 14 ineinandergreifen, wobei die Schaufel 16 eine Klinge 20 hat, die sich von der rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente 18 erstreckt. Wie dies verstanden werden kann, ist die Schwalbenschwanzverbindung eine Schwalbenschwanzanordnung der tangentialen Eintrittsbauweise.
• In der folgenden Beschreibung wird verstanden werden, daß die Schwalbenschwänze bezüglich einer radialen Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachse der Welle 10 steht, symmetrisch sind und es ist eine anerkannte Praxis, sich nur auf die Hälfte des Schwalbenschwanzes zu beziehen, d. h. auf die Schwalbenschwanzhaken entlang einer Seite der radialen Ebene. Somit bezieht sich die vorliegende Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 auf vier den Schwalbenschwanz ausbildende Haken, selbst wenn tatsächlich acht Haken in der Schwalbenschwanzverbindung vorhanden sind. Herkömmlicherweise werden die Haken in Reihe als erste, zweite, dritte und vierte Haken von dem radial äußersten Haken zum dem radial innersten Haken bezeichnet. Ferner sind die Kontaktflächen zwischen den Radhaken und den Schaufelhaken als Stoß- oder Schrägflächen bekannt. Die Stoß- oder Schrägflächen für Schwalbenschwänze mit tangentialem Eintritt liegen auf einer axialen Umfangsfläche, wobei eine Hohlkehle als ein Übergang zwischen der Stoßfläche und der Halsfläche des Schwalbenschwanz eingesetzt wird. Wie dies in Fig. 2 veranschaulicht wird, sind an jedem der Haken 28, 30, 32 und 34 des Radschwalbenschwanzes 36, der die Verbindung mit dem rückspringenden Schwalbenschwanz 38 der Schaufel ausbildet, Stoßflächen 22, Halsflächen 24 und Hohlkehlen 26 zwischen diesen Flächen vorgesehen.
• Wie dies aus einem Blick auf Fig. 2 verstanden werden kann, bilden die geneigten Stoßflächen 22 jedes Hakens einen Winkel α mit einer radialen Ebene, die durch den Hals eines jeden Hakens des Schwalbenschwanzes hindurchführt, wobei sich die Winkel von der Ebene hinweg und sowohl in Richtung als auch weg von der Rotorachse öffnen. In Fig. 2 werden vier Haken 28, 30, 32 und 34 veranschaulicht. Folglich bilden die geneigten Stoßflächen 22 jedes Hakens 28 ebenso einen Winkel α mit einer radialen Ebene, die den vorspringenden Schwalbenschwanz halbiert. Somit wird verstanden werden, daß die geneigten Stoßflächen 22 über die Höhe des Radschwalbenschwanzes hinaus einen konstanten Winkel zu der Horizontalen haben. Durch Ausbilden der geneigten Stoßflächen 22 mit einem Winkel zu der Horizontalen, werden Spannungskonzentrationen für einen gegebenen Hohlkehlenradius verringert und ermöglichen große Hakenhohlkehlradien, die die Spannungskonzentrationen weiter verringern. Konzentrierte Spannungen ergeben sich, wenn Lastwege gezwungen werden, die Richtung zu ändern. Mit den geneigten Stoßflächen und insbesondere mit dem gleichen Stoßflächenwinkel α für jeden Haken, ist die Richtungsänderung weniger heftig und die Spannungskonzentration ist geringer. Ein weiterer Vorteil der geneigten Stoßflächen ist der, daß er einen größeren Hohlkehlradius bei der selben Übergangsstrecke ermöglicht, verglichen mit dem Übergang nach Stand der Technik bei Null Grad (0°), d. h. verglichen mit einer Stoßfläche, die parallel zu der Horizontalen ist.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Winkel α bevorzugterweise 110° (110 Grad) für jede geneigte Stoßfläche 22. Ferner verringert der durch die geneigten Stoßflächen erlaubte größere Hohlkehlradius die Spannung in dem Hohlkehlbereich, während er niedrigere konzentrierte Spannungen ermöglicht. In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird jeder der Hohlkehlradien, die einen Übergang zwischen der geneigten Stoßfläche 22 und dem Halsabschnitt 24 darstellen, vergrößert.
• Die Hakendicke und -länge steuern sowohl die Lastverteilung zwischen den Haken, als auch die Biege- und Schubspannungen in den Haken. All dies trägt zu dem Spannungskonzentrationsgrad bei. Dementsprechend werden die Hakendicke und -länge variiert, um einheitliche und minimierte Spannungskonzentrationen zu erreichen.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 3 hat der Radschwalbenschwanz 36 auch eine Radtasche 41, die einen Taschenwinkel β und eine axial zeigende Fläche 43 hat, die in einer radial einwärtsgerichteten Richtung von einer auf die Achse des Rotors senkrecht stehenden Ebene weg abgewinkelt ist. Der Radtaschenwinkel β ist bei einem Winkel zu der radialen Ebene ausgebildet, bevorzugterweise ca. 5° (fünf Grad). Der Lastweg wird somit gezwungen, die Richtung zu ändern und diese Richtungsänderung erzeugt eine geringere Spannungskonzentration. Fig. 3 offenbart auch die tieferen rechten und linken Hohlkehlen. Im Allgemeinen sind diese Hohlkehlen groß, um die Spannungskonzentration weiterhin zu verringern. Beispielsweise hat die rechte Hohlkehle 40, d. h. die innere Hohlkehle, einen Radius von 0,5715 cm [0,225 inch]. Die linke Hohlkehle 42, d. h. die äußere Hohlkehle, hat einen Radius von 0,3556 cm [0,140 inch]. Herkömmlicherweise hat die Hakenhohlkehle 44 einen Radius von 0,8636 cm [0,340 inch] die Höhe 46 vom Bodenansatz der Tasche beträgt 0,9144 cm [0,360 inch] und die Dicke 48 des Ansatzes beträgt 1,03378 cm [0,407 inch]. Die Schafthöhe und -dicke steuern den Biegeschub aufgrund der axialen Last der Schaufel und sie sind so ausgestaltet, daß die konzentrierten Schafthohlkehlspannungen minimiert werden.
• Weitere signifikante Abmessungen, die sich auf das offenbarte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beziehen sind folgende:
  
  
  
• Die radiale Höhe erstreckt sich von dem axial äußersten Ende jeder oberen Fläche des Hakens, zu dem Anfang der geneigten Fläche entlang seiner Unterseite, wie dies durch h1 bis h4 in Fig. 2 angezeigt ist.
• Die axiale Halslänge N ist folgendermaßen definiert:
  N1 - zwischen Haken 28 und 30 - 2,489 cm [0,980 inch]
  N2 - zwischen Haken 30 und 32 - 4,775 cm [1,880 inch]
  N3 - zwischen Haken 32 und 34 - 7,061 cm [2,780 inch]
  N4 - zwischen Haken 34 und Schaft - 9,347 cm [3,680 inch].
• Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist der rückspringende Schwalbenschwanz 38 der Schaufel 50 veranschaulicht und ist im Wesentlichen ergänzend zu der in Fig. 2 veranschaulichten vorspringenden Schwalbenschwanzkomponente. Die unterschiedlichen, ergänzenden Komponenten des Schaufelschwalbenschwanzes sind mit ähnlichen Bezugszeichen wie die des Radschwalbenschwanzes bezeichnet, wobei sie durch die Nachsilbe B gefolgt werden. Mit Ausnahme von Toleranzen, sind die Abmessungseigenschaften des Schaufelschwalbenschwanzes 38 die selben wie die Abmessungseigenschaften des Radschwalbenschwanzes oder stehen in einem Passverhältnis dazu, mit der zusätzlichen Ausnahme, daß der Haken oder Schaft 52 einen vergrößerten Winkel α von 20° mit Bezugnahme auf die Vertikalrichtung hat. Man beachte, daß der Schaft 52 eine axial stehende Fläche 53 hat, die in einer Radialrichtung weg von der zu der Achse des Rotors senkrecht stehenden Ebene und bei einem größeren Winkel als der der abgewinkelten Fläche 43 der Radtasche 41 des vorspringenden Schwalbenschwanzes abgewinkelt ist. Dies bedeutet in einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel:
  Schwalbenschwanzhöhe der Schaufel beträgt 10,660 cm [4,197 inch].
• Die axiale Länge zwischen den Haken betragen folgendermaßen:
  Haken 1 (28B) - 2,540 cm [1.000 inch]
  Haken 2 (30B) - 5,826 cm [1.900 inch]
  Haken 3 (32B) - 7,112 cm [2,800 inch]
  Haken 4 (34B) - 9,398 cm [3,700 inch]
• Die axialen Halslängen NB betragen folgendermaßen:
  NB1 - oberhalb von Haken 28B - 4,826 cm [1,900 inch]
  NB2 - oberhalb von Haken 30B - 7,112 cm [2,800 inch]
  NB3 - oberhalb von Haken 32B - 9,398 cm [3,700 inch]
  NB4 - oberhalb von Haken 34B - 11,684 cm [4,600 inch]
• Mit den vorstehenden Abmessungen wird es verstanden werden, daß die Schwalbenschwanzausbildung die konzentrierten Spannungen minimiert, während eine Gesamtgröße beibehalten wird, die zu vorhandenen Dampfwegen kompatibel ist. Vergleicht man diese beispielsweise mit der in US-Patent Nr. 6 142 737 offenbarten Ausgestaltungen, liefert die vorliegende Erfindung eine konzentrierte Spitzenspannung in dem Radschwalbenschwanz von 337,291 Mpa [48,920 psi] für die selbe Lastbedingung und dieses stellt eine 27%-ige Verringerung der konzentrierten Spannungen für die selben Bedingungen dar.
• Bezieht man sich nun auf Fig. 5 und 6 ist dort ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, in dem ähnliche Bezugszeichen für ähnliche Teile verwendet werden, denen das Präfix 1 vorausgeht. Wie dies veranschaulicht wird, sind anstelle von vier Haken, wie in dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel hier nur drei Haken an jedem der vorspringenden Schwalbenschwänze 136 und der rückspringenden Schwalbenschwänze 138 vorgesehen. Die Stoßflächen 122 für jeden Haken 128, 130 und 132 haben wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Hohlkehle, die als ein Übergang zwischen der Stoßfläche und dem Hals des Schwalbenschwanzes verwendet wird. Somit sind die Stoßflächen 122, die Halsflächen 124 und die Hohlkehlen 126 zwischen diesen Flächen, an jedem Haken 128, 130 und 132 vorgesehen. Ähnlich wie in dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel, bilden die Stoß- oder Neigungsflächen einen Winkel α mit einer radialen Ebene, die durch den Hals des Schwalbenschwanz hindurch führt, wobei sich die Winkel von der Ebene hinweg und sowohl in Richtung als auch von der Rotorachse hinweg öffnen. Die geneigten Stoßflächen 122 haben einen konstanten Winkel zu der Horizontalrichtung über die Höhe des Radschwalbenschwanzes 136 hinweg. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel verringern diese geneigten Stoßflächen die Spannungskonzentrationen für eine gegebene Hohlkehle und ermöglichen größere Hakenhohlkehlradien, die die Spannungskonzentrationen weiterhin verringern. Der bevorzugte Stoßflächenwinkel α beträgt 110°.
• Bezieht man sich nun auf Fig. 5 haben die Radtaschen 139 in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine axial zeigende Fläche 141, die von einer zu der Achse des Rotors senkrecht stehenden Ebene weg radial einwärts gerichteten Richtung abgewinkelt sind. Ebenso hat der Schaft 152 eine axial zeigende Fläche 153, die von einer zu der Achse des Rotors senkrecht stehenden Ebene in einer radialen Richtung und bei einem größeren Winkel als der der abgewinkelten Fläche 141 der Radtasche 139 des vorspringende Schwalbenschwanzes abgewinkelt ist. Die Taschen 139 haben rechte und linke Hohlkehlen 140 und 142, die die Radien 0,239 cm bzw. 0,356 cm [0,094 bzw. 0,140 inch] haben. Der Radius der unter Haken Nr. 3 liegenden Hohlkehle 160, d. h. der unter Haken 132 liegt, beträgt 0,572 cm [0,225 inch].
• Andere wesentliche Abmessungen in diesem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die sich auf den Radschwalbenschwanz beziehen, sind folgende:
  
  
  
• Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die radiale Höhe von dem axial äußersten Ende jeder oberen Fläche des Hakens zu dem Anfang der entlang seiner Unterseite liegenden, geneigten Fläche.
• Die axiale Halslänge N ist folgendermaßen:
  N1 - zwischen Haken 128 und 130 - 2,931 cm [1,154 inch]
  N2 - zwischen Haken 130 und 132 - 5,485 cm [2,160 inch]
  N3 - zwischen Haken 132 und dem Schaft - 8,110 cm [3,193 inch]
• Der rückspringende Schwalbenschwanz 138 der Schaufel ist in Fig. 6 als im Wesentlichen ergänzend zu der in Fig. 5 veranschaulichten vorspringenden Schwalbenschwanzkomponente veranschaulicht. Man beachte beispielsweise den Schaft 152 in der Radtasche 139 zum Aufnehmen. Die unterschiedlichen, ergänzenden Komponenten des Flügelschwalbenschwanzes aus Fig. 6 sind mit ähnlichen Bezugszeichen wie die des Radschwalbenschwanzes bezeichnet und durch die Nachsilbe B gefolgt. Mit Ausnahme der Toleranzen, sind die Abmessungseigenschaften des Schaufelschwalbenschwanzes 138 die selben wie die Abmessungseigenschaften für den Radschwalbenschwanz 36, oder sind in einem Passverhältnis dazu vorgesehen. Beispielsweise beträgt die Schwalbenschwanzhöhe der Schaufel 8,484 cm [3,340 inch]. Die axialen Längen zwischen den Haken sind folgende:
  Haken 1 (128B) - 3,459 cm [1,362 inch]
  Haken 2 (130B) - 6,017 cm [2,369 inch]
  Haken 3 (132B) - 8,569 cm [3,374 inch]
• Die axialen Halslängen eines NB sind folgende:
  INB1 - oberhalb von Haken 128B - 5,237 cm [2,062 inch]
  INB2 - oberhalb von Haken 130B - 7,793 cm [3,068 inch]
  INB3 - oberhalb von Haken 132B - 10,348 cm [4,074 inch]
• Während die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als das praktischste und zu bevorzugende Ausführungsbeispiel betrachtet wird, soll es nicht so verstanden werden, daß die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern es ist im Gegensatz dazu beabsichtigt, unterschiedliche Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche liegen.
• Eine Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel hat eine vorspringende Schwalbenschwanzkomponente an dem Rotorrad und eine rückspringende Schwalbenschwanzkomponente an der Schaufel. Die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente hat axial hervorstehende Haken mit geneigten Flächen entlang im Wesentlichen radial einwärts gerichteter Flächen. Die geneigten Flächen bilden eingeschlossene Winkel mit einer senkrecht zu der Rotationsachse stehenden und den Radschwalbenschwanz halbierenden Ebene, die größer als 90° Grad sind und für alle Haken konstant bleiben. Hohlkehlen mit einzelnen Radien sind ebenso entlang der Übergangsflächen zwischen den geneigten Stoßflächen und den Halsflächen vorgesehen. Daher werden die Spannungskonzentrationen minimiert.

Claims (10)

1. Schwalbenschwanzverbindungen zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel, die um eine Achse drehbar sind, mit:
einer vorspringenden Schwalbenschwanzkomponente an dem Rotorrad und einer rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente an dem Flügel, wobei die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente die rückspringende Schwalbenschwanzkomponente in einer zu dem Rotorrad tangentialen Richtung aufnimmt, wobei die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckende Haken hat, die an entgegengesetzten Seiten einer zu der Achse senkrecht stehenden und die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente halbierenden Ebene liegen, wobei jeder der Haken eine im Wesentlichen radial einwärts zeigende Fläche hat;
wobei die Flächen von zumindest einem Paar von Haken an jeder der entgegengesetzten Seite der Ebene Winkel definieren, die sich von der Ebene weg und in Richtung und von der Achse weg erstrecken, wobei die Winkel der Flächen jedes Paars von Haken an jeder der entgegengesetzten Seiten der Ebene miteinander gleich sind.

2. Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei Halsabschnitte die Flächen und im Wesentlichen radial auswärts zeigende Abschnitte von radial einwärts darunterliegenden Haken verbinden und Hohlkehlen zwischen den Halsabschnitten und den Flächen verbinden.

3. Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei jeder Haken von einem radial äußersten Haken zu einem radial innersten Haken in der radialen Dicke zunimmt.

4. Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei der vorspringende Schwalbenschwanz zumindest drei Haken an jeder entgegengesetzten Seite der Ebene hat.

5. Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei der vorspringende Schwalbenschwanz vier Haken an jeder entgegengesetzten Seite der Ebene hat.

6. Verbindung gemäß Anspruch 1, wobei der vorspringende Schwalbenschwanz eine an eine Basis angrenzende und entgegengesetzten Seiten davon liegende Radtasche hat, wobei jede Radtasche eine axial zeigende Fläche hat, die in einer radial einwärts gerichteten Richtung von der Ebene weg abgewinkelt ist.

7. Verbindung gemäß Anspruch 6, wobei der rückspringende Schwalbenschwanz einen Schaft zum Aufnehmen in der Tasche des vorspringenden Radschwalbenschwanzes hat, wobei der Schaft eine axial zeigende Fläche hat, die in einer radial einwärts gerichteten Richtung von der Ebene weg und bei einem Winkel abgewinkelt ist, der größer als der Winkel der abgewinkelten Fläche der Tasche des vorspringenden Radschwalbenschwanzes ist.

8. Verbindung gemäß Anspruch 2, wobei Halsabschnitte die Flächen und im Wesentlichen radial auswärts zeigende Abschnitte von radial einwärts darunterliegenden Haken verbinden und Hohlkehlen zwischen den Halsabschnitten und den Flächen verbinden, wobei jeder Haken von einem radial äußersten Haken zu einem radial innersten Haken in einer radialen Dicke zunimmt.

9. Verbindung gemäß Anspruch 8, wobei der vorspringende Schwalbenschwanz zumindest drei Haken an jeder der entgegengesetzten Seiten der Ebene hat.

10. Zum Gebrauch in einer Schwalbenschwanzverbindung zwischen einem Rotorrad und einer Schaufel, die um eine Achse drehbar sind, wobei das Rotorrad eine vorspringende Schwalbenschwanzkomponente zum Aufnehmen einer rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente in einer zu dem Rotorrad tangentialen Komponente hat und wobei die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckende Haken hat, die an entgegengesetzten Seiten einer zu der Achse senkrechten und die vorspringende Schwalbenschwanzkomponente halbierenden Ebene liegen, hat jeder Haken eine im Wesentlichen radial einwärts zeigende Fläche, wobei die Flächen jedes Haken an entgegengesetzten Seiten der Ebene Winkel definieren, die sich von der Ebene weg und zu der Achse hin und von ihr weg erstrecken, wobei der Winkel jeder Fläche gleich zu dem Winkel jeder anderen Fläche ist, wobei die rückspringende Schwalbenschwanzkomponente an jeder Schaufel eine Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckende Haken hat, die im Wesentlichen ergänzend zu den Haken des vorspringenden Schwalbenschwanzes sind und radial auswärtsgerichtete, abgewinkelte Flächen haben, die im Wesentlichen ergänzend zu den abgewinkelten Flächen der vorspringenden Schwalbenschwanzkomponente sind, wobei die Winkel der Flächen der rückspringenden Schwalbenschwanzkomponente gleich zu einander sind.