Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor einer Turbomaschine, bei der die
Schaufelfüsse und die Schaufelnuten tannenbaumförmig mit mehreren Kerben und Zacken
ausgeformt sind, wodurch sich mehrere schräg verlaufende tragende Flächen bilden,
wobei die an die tragenden Flächen anschliessenden Kerben im Schaufelfuss und in der
Schaufelnut im wesentlichen durch einen ersten Kurvenradius und einen zweiten Kurvenradius
beschrieben werden.
Stand der Technik
[0002] Derartige beschaufelte Rotoren sind bekannt aus GB-A-2011522. Jede Schaufel weist
in ihrem Fussbereich Kerben und Zacken auf, die in die entsprechend geformten Zacken
und Kerben in den Längsnuten des Rotors einhaken. Die Kerben werden durch zwei Radien
beschrieben, einen grösseren äusseren und einen kleineren inneren Radius. Der grössere
Radius liegt beim Rotor radial zur Rotorachse weiter aussen. Bei der Schaufel liegt
der grössere Radius radial zur Rotorachse weiter innen. Bei Betrieb des Rotors wirken
auf die Schaufeln Zentrifugalkräfte, die über die von den Kerben und Zackenn gebildeten
tragenden Flächen vom Rotor kompensiert werden. Durch die oben beschriebene Ausführung
der Zacken und Kerben wird anschliessend an die tragenden Flächen ein schmaler Spalt
zwischen Schaufel und Rotor gebildet. Dieser Spalt hat den Effekt einer Kapillare,
was im Anschluss an die tragenden Flächen Korrosion und Lochfrass verursachen kann.
Dies kann zu vorzeitigen Ermüdungsbrüchen im Schaufelfuss oder in der Nut des Rotors
führen. Zudem können beim Betrieb des Rotors entstandene Abriebpartikel in die Spalten
gelangen, dort verbleiben und eventuell auf die Oberflächen aufgebrachte Schutzschichten
zerstören.
Darstellung der Erfindung
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem beschaufelten Rotor der eingangs
genannten Art vorzeitige Ermüdungsbrüche durch Korrosion in der tannenbaumförmigen
Befestigung zu vermeiden und die Spannungsverläufe zu optimieren.
[0004] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der an die tragende Fläche anschliessende
erste Kurvenradius kleiner ist als der zweite Kurvenradius und dass der Oeffnungswinkel
zwischen einer Tangente, die an den durch den ersten Kurvenradius beschriebenen Kreisbogen
am Endpunkt der tragenden Fläche anliegt, und der tragenden Fläche mindestens vierzig
Grad beträgt.
[0005] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass der Kapillareffekt
in der Nähe der tragenden Fläche eliminiert wird. Abriebpartikel werden nicht mehr
zurückgehalten und können keine Schäden an aufgebrachten Schutzschichten hervorrufen.
Spannungen im Anschluss an die tragendene Fläche werden abgebaut und damit die Lebensdauer
der Bauteile erhöht.
[0006] Es ist dabei besonders zweckmässig, wenn der Oeffnungswinkel so gross wie möglich
gewählt wird, um Spannungen im Anschluss an die tragende Fläche abzubauen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0007] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand des Trommelrotors
einer Turbomaschine dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Teilquerschnitt durch einen beschaufelten Trommelrotor;
- Fig. 2
- einen vergrösserten Ausschnitt des Details II aus Fig. 1.
[0008] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
[0009] Gemäss Fig. 1 ist ein Trommelrotor 1 mit Laufschaufeln 5 versehen. Die Laufschaufeln
5 bestehen aus Schaufelblatt 4 und Schaufelfuss 3. Die Laufschaufeln sind mit den
Schaufelfüssen 3 in achsparallelen, in Längsrichtung verlaufenden Schaufelnuten 2
des Trommelrotors 1 eingesetzt. Der Schaufelfuss 3 ist tannenbaumförmig mit mehreren
Kerben 10 und Zacken 11 ausgebildet. Entsprechend sind die Schaufelnuten 2 im Trommelrotor
1 mit Zacken 20 und Kerben 21 ausgebildet. Wird der Rotor gedreht, werden die Laufschaufeln
5 radial nach aussen beschleunigt, wobei sie vom Trommelrotor 1 durch die tannenbaumförmige
Befestigung zurückgehalten werden.
[0010] Nach Fig.2 ist eine bei der Rotation des Trommelrotors 1 durch die Zentrifugalbeschleunigung
der Laufschaufeln 5 entstandene tragende Fläche F zwischen einer Kerbe 10 und einer
Kerbe 21 angeordnet. Um die weitere Beschreibung zu vereinfachen, wird die Ausdehnung
der Lauf schaufeln und des Trommelrotors senkrecht zur Zeichnungsebene im folgenden
vernachlässigt. Punkte entsprechen also in Wirklichkeit Geraden, Linien entsprechen
Flächen.
Die tragende Fläche F wird durch ihre Endpunkte A und B und durch ihren Kippwinkel
12 zu einer Parallelen 6 zur Längsachse 7 (Fig.1) der Laufschaufel beschrieben. Der
Kippwinkel 12 beträgt üblicherweise vierzig bis fünfzig Grad. Die Kerben 21 des Trommelrotors
1 und die Kerben 10 der Laufschaufeln 5 sind drehsymmetrisch. Im weiteren wird deshalb
nur noch die Kerbe 21 beschrieben. Entlang der Kerbe 21 sind Punkte C, D, E und H
definiert, die zur Beschreibung der Geometrie der Kerbe dienen.
Durch den Endpunkt A der tragenden Fläche F wird eine Gerade T so gelegt, dass sie
mit der tragenden Fläche einen Oeffnungswinkel W einschliesst. Der Winkel W beträgt
hier aus fertigungstechnisch bedingten Gründen sechzig Grad. Die Gerade T dient als
Tangente für einen Kreisbogen A-C 22 mit dem Radius R1 und dem Punkt A als Element
des Kreisbogens A-C. Der Mittelpunkt des Kreisbogens A-C 22 liegt somit auf einer
Senkrechten zur Tangente T durch den Punkt A. Der Endpunkt des Kreisbogens A-C liegt
in C, wo eine Gerade C-D 23 tangential an den Kreisbogen A-C 22 anschliesst. Die Gerade
C-D ist zugleich tangential zu einem Kreisbogen D-E 24, der durch den Radius R2 definiert
wird. Der Mittelpunkt des Kreisbogens D-E liegt also auf einer Senkrechten zur Geraden
C-D 23 durch den Punkt D. Der Radius R2 ist dabei grösser als der Radius R1. Im Punkt
E schliesst eine Gerade E-H 25 tangential an den Kreisbogen D-E an. Diese Gerade E-H
geht im Punkt H in eine Gerade 26 des Zackens 20 über. Die Gerade 26 ist im Gegenuhrzeigersinn
mit dem Kippwinkel 12 gegen die Parallele 6 zur Längsachse 7 der Laufschaufel verkippt.
[0011] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt. Der Oeffnungswinkel kann, wenn dies die Herstellungsbedingungen erlauben,
mit Vorteil auch noch grösser gewählt werden. Die Form der Kerbe kann auch ohne gerade
Teilstücke oder mit einer Kombination von geraden mit gebogenen Teilstücken ausgelegt
werden, entscheidend dabei ist immer die Optimierung des Spannungsverlaufes.
Bezugszeichenliste
[0012]
- 1
- Trommel-Rotor
- 2
- Schaufel nuten im Rotor
- 3
- Schaufelfuss
- 4
- Schaufelblatt
- 5
- Laufschaufel
- 6
- Parallele zur Längsachse der Laufschaufel
- 7
- Längsachse Laufschaufel
- 10
- Kerbe Laufschaufel
- 11
- Zacken Laufschaufel
- 12
- Kippwinkel
- 20
- Zacken Längsnut
- 21
- Kerben Längsnut
- 22
- Kreisbogen A-C
- 23
- Gerade C-D
- 24
- Kreisbogen D-E
- 25
- Gerade E-H
- 26
- Gerade
- R1,R2
- Kurven-Radien
- A,B
- Endpunkte tragende Fläche
- C,D,E,H
- Punkte entlang der Kerbe der Längsnut
- F
- tragende Fläche
- W
- Oeffnungswinkel
- T
- Tangente an Kreisbogen mit Radius R1
1. Beschaufelter Rotor (1) einer Turbomaschine, bei der die Schaufelfüsse (3) und die
Schaufelnuten (2) tannenbaumförmig mit mehreren Kerben (10, 21) und Zacken (11, 20)
ausgeformt sind, wodurch sich mehrere schräg verlaufende tragende Flächen (F) bilden,
wobei die an die tragenden Flächen anschliessenden Kerben (10, 21) im Schaufelfuss
(3) und in der Schaufelnut (2) im wesentlichen durch einen ersten Kurvenradius (R1)
und einen zweiten Kurvenradius (R2) beschrieben werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der an die tragende Fläche (F) anschliessende erste Kurvenradius (R1) kleiner ist
als der zweite Kurvenradius (R2) und dass der Oeffnungswinkel (W) zwischen einer Tangente
(T), die an den durch den ersten Kurvenradius (R1) beschriebenen Kreisbogen (22) am
Endpunkt (A, B) der tragenden Fläche anliegt, und der tragenden Fläche (F) mindestens
vierzig Grad beträgt.
2. Beschaufelter Rotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Kerben (10, 21) durch eine Kombination von Kreisbögen (22, 24) und an den Kreisbögen
tangential anliegenden Geraden (23, 25) gebildet sind.