Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine

Abstract

 Bei einem Trommelrotor (1) für eine axial durchströmte Turbomaschine sind die Schaufeln mit ihren Füssen (3) reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten (10) mit seitlichen Tragzacken befestigt. Mindestens die erste Schaufelnut (10) ist arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien (R1-R4) ausgeformt. Der vorangehende Radius (R1) ist jeweils grösser als der nachfolgende Radius (R2) und die durch die Radien (R1-R4) gebildeten Kreisbögen (21-24) besitzen an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente (T).

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Trommelrotor für eine axial durchströmte Turbomaschine, in welchem die Schaufeln mit ihren Füssen reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten mit seitlichen Tragzacken befestigt sind.

Stand der Technik

[0002] Derartige Trommelrotoren sind bekannt aus EP 0 520 260 B1. Infolge der Rotordurchbiegung verändern die umlaufenden Schaufelnuten bei jeder Rotorumdrehung ihre axiale Dimension. Durch die dabei entstehenden wechselnden Spannungen können an den Rotoreindrehungen Schäden entstehen. Daneben können bei Temperaturänderungen, beispielsweise bei betrieblichen Schwankungen in der ersten Schaufelnut starke asymmetrische Verschiebungen auftreten. Um Beschädigungen zu vermeiden, wird üblicherweise vor der ersten Schaufelnut eine unbestückte, umlaufende Vornut angeordnet. Diese Vornut schwächt jedoch den Trommelrotor und stört den Fluss des Arbeitsmittels. Die Vornut wird deshalb meistens mit Verschlusssegmenten bestückt. Die Vornut und die Verschlusssegmente erzeugen einen Mehraufwand an Arbeit bei der Produktion und der Montage, sowie einen zusätzlichen Materialverbrauch.

Darstellung der Erfindung

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Trommelrotor der eingangs genannten Art Axialverschiebungen und asymmetrische Deformationen der ersten Schaufelnut durch eine mit Hilfe der Methode der finiten Elemente berechnete geometrische Ausformung der Schaufelnut zu vermeiden.

[0004] Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass mindestens die erste Schaufelnut arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien ausgeformt ist, wobei der vorangehende Radius jeweils grösser als der nachfolgende Radius ist und die durch die Radien gebildeten Kreisbögen an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente besitzen.

[0005] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die Rotoreigenschaften unverändert bleiben. Die Strömung des Arbeitsmittels wird nicht beeinflusst. Die Schaufelnut kann ohne wesentlichen Mehraufwand gefertigt und alle herkömmlichen Teile, wie Laufschaufeln können ohne Anpassungen verwendet werden.

[0006] Es ist besonders zweckmässig, wenn die weiteren Schaufelnuten entsprechend der ersten Schaufelnut asymmetrisch ausgeformt werden, um auch in ihnen Axialverschiebungen und asymmetrische Deformationen zu vermeiden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0007] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer axial durchströmten Dampfturbine schematisch dargestellt.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt eines beschaufelten Trommelrotors;

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt des Details II aus Fig.1.

[0008] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise sämtliche nichtrotierenden Teile. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit einem Pfeil bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

[0009] Fig. 1 zeigt die ersten drei Laufreihen eines Hochdruckrotors 1. Die einzelnen Schaufeln, bestehend aus Schaufelblatt 2 und Schaufelfuss 3, sind in umlaufenden Schaufelnuten 10, 11 und 12 eingesetzt. Die Schaufelnut 10 liegt dabei dampfeintrittseitig, die Schaufelnut 12 dampfaustrittseitig. Die strömungsbegrenzende Kontur 4 des nicht dargestellten Zylinders ist strichpunktiert angegeben.

[0010] Fig. 2 zeigt die Hammerkopfform des Schaufelfusses 3 im Detail. Die beim Betrieb auftretenden Kräfte werden über Tragezacken 5 der Schaufelnut 10 in den Rotor 1 eingeleitet.

[0011] Dampfeintrittseitig ist die bisherige Nutkontur 6 gestrichelt dargestellt. Dampfaustrittseitig wird die bisherige Nutkontur beibehalten.
Die asymmetrische Form der Schaufelnut 10 wird durch mehrere, aufeinanderfolgende Radien R1, R2, R3 und R4 beschrieben. Der Radius R1 ist grösser als R2, R2 ist grösser als R3 und R3 ist grösser als R4. Auf der Kontur des Teiles der Schaufelnut 10, der durch die Radien R1 bis R4 beschrieben wird, sind Punkte A, B, C, D und E definiert. Diese Punkte unterteilen die dampfeintrittseitige Kontur in durch die Radien R1 bis R4 beschriebene Kreisbögen 21, 22, 23 und 24. Kreisbogen 21 geht dabei von Punkt A zu Punkt B, Kreisbogen 22 geht von Punkt B zu Punkt C, und so weiter. Die Punkte A-E sind jeweils Orte von gemeinsamen Tangenten der sich dort berührenden Teilkurven. So sei eine Gerade T durch den Punkt C eine Tangente des durch den Radius R2 beschriebenen Kreisbogens 22, dann ist die Gerade T auch Tangente des durch den Radius R3 beschriebenen Kreisbogens 23. Daraus folgt, dass die Mittelpunkte der Kreisbögen 22 und 23 auf einer senkrechten zur Tangenten T durch den Punkt C liegen. Entsprechendes gilt für die Mittelpunkte der weiteren Kreisbögen. Vom Punkt E aus wird die Nut durch eine im wesentlichen beliebig geformte Kurve 25 im Punkt F in die bisherige Nutkontur zurückgeführt.

[0012] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Anzahl und Grösse der zur Beschreibung der asymmetrischen Nut verwendeten Radien muss den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden.

Bezugszeichenliste

[0013] 

1

Rotor

2

Schaufelblatt

3

Schaufelfuss

4

Zylinderkontur

5

Trage zacken

6

bisherige Nutkontur

10

erste Schaufelnut

11

zweite Schaufelnut

12

dritte Schaufelnut

21

Kreisbogen A-B

22

Kreisbogen B-C

23

Kreisbogen C-D

24

Kreisbogen D-E

25

Teilkurve E-F

R1, R2, R3, R4

Radien der Kreisbögen

A-F

Punkte auf der Nutkontur

Ansprüche

1. Trommelrotor (1) für eine axial durchströmte Turbomaschine, in welchem die Schaufeln mit ihren Füssen (3) reihenweise in umlaufenden Schaufelnuten (10, 11, 12) mit seitlichen Tragzacken befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens die erste Schaufelnut (10) arbeitsmitteleintrittseitig, axial asymmetrisch durch mehrere Radien (R1-R4) ausgeformt ist, wobei der vorangehende Radius (R1) jeweils grösser als der nachfolgende Radius (R2) ist und die durch die Radien (R1-R4) gebildeten Kreisbögen (21-24) an ihren Berührungspunkten eine gemeinsame Tangente (T) besitzen.

Zeichnung