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WO2005054682A1 - Rotor für einen verdichter - Google Patents

Rotor für einen verdichter Download PDF

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WO2005054682A1
WO2005054682A1 PCT/EP2004/053114 EP2004053114W WO2005054682A1 WO 2005054682 A1 WO2005054682 A1 WO 2005054682A1 EP 2004053114 W EP2004053114 W EP 2004053114W WO 2005054682 A1 WO2005054682 A1 WO 2005054682A1
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blade
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René Bachofner
Pietro Grigioni
Wolfgang Kappis
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GE Vernova GmbH
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Alstom Technology AG
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2250/29—Three-dimensional machined; miscellaneous
    • F05D2250/291—Three-dimensional machined; miscellaneous hollowed

Definitions

  • Screw-in depth T executed, which is significantly, in particular more than 10%, greater than the minimum screw-in depth Tmi n used in the prior art. This makes it possible to bring the shoulder depth of the shoulders 24 to a value B which is substantially greater than the shoulder depth A in the known attachment according to FIG. 1.
  • the screwing depth T is approximately 40% greater than that minimum insertion depth Tm in , which has proven itself in practice.
  • the height of the blade root 26 With the increase in the screw-in depth T and the shoulder depth B, the height of the blade root 26 also increases. By lengthening the blade root 26, the blade weight inevitably also increases, which would lead to increased centrifugal forces and thus to increased mechanical stress on the rotor 20.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Ein Rotor (20) für einen Verdichter, insbesondere einer Gasturbine, umfasst eine Mehrzahl von Laufschaufeln (25), die um die Drehachse des Rotors (20) herum in Form eines Kranzes angeordnet sind und jeweils mit einem Schaufelfuss (26) in einer umlaufenden Eindrehung (21) am Rotor (20) gehalten sind, wobei der Schaufelfuss (26) mit einem sich verbreiternden Unterteil (27) hinter zwei an den Seitenwänden der Eindrehung (21) ausgebildete Schultern (24) greift. Bei einem solchen Rotor wird die Lebensdauer dadurch verlängert, dass die Eindrehtiefe (T) der Eindrehung (21) wesentlich grösser ist als eine minimale Eindrehtiefe (Tmin), welche unter den vorgegebenen Materialeigenschaften des Rotors (20) und Betriebsbedingungen des Verdichters eine für den Anfang ausreichende Festigkeit des Rotors (20) im Bereich der Schaufelbefestigung ergibt.

Description

BESCHREIBUNG
ROTOR FÜR EINEN VERDICHTER
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft einen Rotor für einen Verdichter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ,
STAND DER TECHNIK
Rotoren von Hochdruck-Verdichtem, wie sie insbesondere in Gasturbinen eingesetzt werden, weisen in der Regel eine mehrstufige Beschaufelung auf, die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Schaufelkränze umfasst. Jeder Schaufelkranz enthält eine Vielzahl von Laufschaufeln, die am Umfang des Rotors angeordnet und befestigt sind. Jede der Laufschaufeln sitzt mit einem Schaufelfuss in einer Umfangsnut, die als Eindrehung in den Rotor ausgebildet ist. Ein solcher Rotor ist beispielsweise aus der Druckschrift DE-A1-196 15 549 bekannt.
Die Befestigung einer einzelnen Laufschaufel in einem Rotor nach dem Stand der Technik ist auch in Fig. 1 wiedergegeben: Die Laufschaufel 15 umfasst ein radial nach aussen abstehendes Schaufelblatt 21 und einen Schaufelfuss16, die durch eine Plattform 18 voneinander getrennt sind. Die Laufschaufel 15 ist mit dem Schaufelfuss 16 im Rotor 10 befestigt. Zur Befestigung der Laufschaufeln ist eine Umfangsnut in Form einer Eindrehung 11 vorgesehen, die eine Eindrehtiefe T hat. Innerhalb der Eindrehung 11 sind an den Seitenwänden Schultern 14 mit einer Schultertiefe A ausgebildet. Der Schaufelfuss 16 weist ein sich verbreiterndes Unterteil 17 mit einer Querschnittskontur in Form eines auf dem Kopf stehenden „T" auf, mit dem es hinter die Schultern 14 der Eindrehung 11 greift. Die bei Drehung des Rotors 10 auf die Laufschaufel 15 wirkende Fliehkraft wird dabei über Anpressflächen 13 auf die Schultern 14 der Eindrehung 11 übertragen.
Um die mechanische Festigkeit des Rotors durch die Eindrehungen 11 für die Laufschaufeln möglichst wenig zu schwächen, werden die Eindrehungen 11 im Stand der Technik mit einer minimalen Eindrehtiefe T=Tmin ausgeführt. Diese minimale Eindrehtiefe Tmin ermöglicht eine Schultertiefe A der Schulter 14, die gerade ausreicht, um unter den vorherrschenden extremen Betriebsbedingungen (hohe Drehzahlen, Temperaturen bis zu 500°C) und den Eigenschaften des gewählten Rotormaterials eine ausreichende anfängliche Festigkeit des Rotors 10 im Bereich der Schultern 14 zu ermöglichen.
Es hat sich nun jedoch in der Praxis herausgestellt, dass die Verwendung einer Eindrehung mit der minimalen Eindrehtiefe Tmin dazu führen kann, dass der Rotor 10 im Bereich der Eindrehung 11 über die zulässigen Festigkeitsgrenzen hinaus beansprucht wird, was zu einer Reduktion der Rotor-Lebensdauer führen kann. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für einen Verdichter zu schaffen, der dieses Lebensdauerproblem beseitigt.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Eindrehtiefe der Eindrehung vorzusehen, die wesentlich grosser ist als die minimale Eindrehtiefe.
Bevorzugt soll die Eindrehtiefe mehr als 10% grosser sein als die minimale Eindrehtiefe. Besonders bewährt hat es sich, wenn die Eindrehtiefe etwa 40% grosser ist als die minimale Eindrehtiefe.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln einen der Eindrehtiefe angepassten Schaufelfuss aufweisen, und dass zur Gewichtsreduktion im Schaufelfuss Ausnehmungen vorgesehen sind. Hierdurch lassen sich Gewichtszunahmen der Laufschaufel aufgrund des verlängerten Schaufelfusses kompensieren und die beim Betrieb auftretenden Kräfte verringern.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Ausgestaltung ist im Schaufelfuss oberhalb des Unterteils eine Ausnehmung in Form eines in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss hindurchgehenden Loches vorgesehen, wobei das Loch insbesondere als sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch ausgebildet ist.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn auf der Unterseite des Unterteils des Schaufelfusses zur Gewichtsreduktion Ausnehmungen vorgesehen sind.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einem ausschnittweise dargestellten Längsschnitt die Befestigung einer Laufschaufel im Rotor eines Hochdruck- Verdichters nach dem Stand der Technik und
Fig. 2 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Laufschaufelbefestigung nach der Erfindung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Rotor 20 die Laufschaufel 25 mit dem Schaufelblatt 22, der Plattform 28 und dem Schaufelfuss 26 mittels einer Eindrehung 21 befestigt. In der Eindrehung 21 sind auch hier wieder seitliche Schultern 24 ausgebildet, hinter die der Schaufelfuss 26 mit seinem verbreiterten Unterteil 27 greift und sich beim Auftreten von Fliehkräften an den Anpressflächen 23 abstützt.
Um die dabei entstehende Belastung der Schultern 24 besser auffangen zu können und damit die durch Festigkeitsprobleme bedingte Lebensdauerbegrenzung zu beseitigen, wird die Eindrehung 21 nun mit einer
Eindrehtiefe T ausgeführt, die wesentlich, insbesondere mehr als 10%, grosser ist als die im Stand der Technik verwendete minimale Eindrehtiefe Tmin. Hierdurch ist es möglich, die Schultertiefe der Schultern 24 auf einen Wert B zu bringen, der wesentlich grosser ist als die Schultertiefe A bei der vorbekannten Befestigung gemäss Fig. 1. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Eindrehtiefe T etwa 40% grosser als die minimale Eindrehtiefe Tmin, was sich in der Praxis bewährt hat. Mit der Erhöhung der Eindrehtiefe T und der Schultertiefe B vergrössert sich auch die Höhe des Schaufelfusses 26. Durch die Verlängerung des Schaufelfusses 26 erhöht sich zwangsläufig auch das Schaufelgewicht, was zu erhöhten Fliehkräften und damit zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung des Rotors 20 führen würde. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des durch die Verlängerung verursachten Gewichtszuwachses durch geeignete Massnahmen wieder beseitigt wird. Die Massnahmen bestehen darin, an der Laufschaufel 25 im Bereich des Schaufelfusses 26 an für die mechanische Festigkeit unkritischen Stellen durch das Vorsehen von Ausnehmungen Material einzusparen. Eine erste bevorzugte Art der Ausnehmung ist ein Langloch 19, dass in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss 26 hindurchgeht und sich in radialer Richtung erstreckt. Das Langloch 19 ist dabei im schlanken Abschnitt des Schaufelfusses 26 angeordnet und befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Schultern 24. Eine zweite bevorzugte Art der Ausnehmung sind randseitige, gerundete Vertiefungen 29 auf der Unterseite des Unterteils 27 des Schaufelfusses 26. Beide Arten von Ausnehmungen 19, 29 können wahlweise einzeln oder miteinander kombiniert werden, um die gewünschte Gewichtsreduktion durch Materialeinsparung zu verwirklichen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10,20 Rotor
11,21 Eindrehung (Umfangsnut)
12,22 Schaufelblatt
13,23 Anpressfläche
14,24 Schulter
15,25 Laufschaufel
16,26 Schaufelfuss
17,27 Unterteil (Schaufelfuss)
18,28 Plattform
19 Langloch
29 Vertiefung
A, B Schultertiefe
' min minimale Eindrehtiefe
T Eindrehtiefe

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rotor (20) für einen Verdichter, insbesondere einer Gasturbine, welcher Rotor (20) eine Mehrzahl von Laufschaufeln (25) umfasst, die um die Drehachse des Rotors (20) herum in Form eines Kranzes angeordnet sind und jeweils mit einem Schaufelfuss (26) in einer umlaufenden Eindrehung (21) am Rotor (20) gehalten sind, wobei der Schaufelfuss (26) mit einem sich verbreiternden Unterteil (27) hinter zwei an den Seitenwänden der Eindrehung (21) ausgebildete Schultern (24) greift, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindrehtiefe (T) der Eindrehung (21) wesentlich grosser ist als eine minimale Eindrehtiefe (Tmιn), welche unter den vorgegebenen Materialeigenschaften des Rotors (20) und Betriebsbedingungen des Verdichters eine für den Anfang ausreichende Festigkeit des Rotors (20) im Bereich der Schaufelbefestigung ergibt.
2. Rotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eindrehtiefe (T) mehr als 10% grosser ist als die minimale Eindrehtiefe (Tmin).
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindrehtiefe (T) etwa 40% grosser ist als die minimale Eindrehtiefe (Tmin).
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln (25) einen der Eindrehtiefe (T) angepassten Schaufelfuss (26) aufweisen, und dass zur Gewichtsreduktion im Schaufelfuss (26) Ausnehmungen (19, 29) vorgesehen sind.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaufelfuss (26) oberhalb des Unterteils (27) eine Ausnehmung in Form eines in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss (26) hindurchgehenden Loches (19) vorgesehen ist.
6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Loch als sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch (19) ausgebildet ist.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des Unterteils (27) des Schaufelfusses (26) Ausnehmungen in Form von Vertiefungen (29) vorgesehen sind.
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