Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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.

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, siehe z.B. EP-A-0 761 930, 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.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, einen neuartigen Rotor einer Turbomaschine zu schaffen.

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 Ringnuten 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.

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.

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.

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:

Fig. 1:

einen Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor nach dem Stand der Technik in perspektivischer Seitenansicht;

Fig. 2:

eine Ansicht auf die aus dem Stand der Technik bekannten Verschlussplättchen des Gasturbinenrotors der Fig. 1;

Fig. 3a-3d:

verschiedene Ansichten eines erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors zusammen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussplättchen;

Fig. 4:

eine weitere Ansicht auf die erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussplättchen;

Fig. 5:

eine weitere Ansicht auf die erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussplättchen; und

Fig. 6:

eine Ansicht auf alternative, erfindungsgemäß ausgebildete Verschlussplättchen.

Bevor nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele der hier vorliegenden Erfindung in größerem Detail beschrieben werden, soll vorab unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ein aus dem Stand der Technik bekannter Gasturbinenrotor mit in Axialnuten geführten Schaufelfüßen von Laufschaufeln beschrieben werden.

Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.

Fig. 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.

.Wie Fig. 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.

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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 3b) in ihre Montageposition verdreht zu werden. Ein in die Montageposition verdrehtes Verschlussplättchen 27 wird dann im Sinne des Pfeils 38 (siehe Fig. 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 Fig. 3d) in die Ringnuten 28 und 29 eingedrückt wird.

Wie Fig. 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.

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 Fig. 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.

In den Darstellungen der Fig. 4 bis 5 sind die Verschlussplättchen 27 allesamt parallelogrammähnlich mit geradlinig verlaufenden Kanten ausgeführt. Jeweils zwei gegenüberliegende Kanten verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Wie Fig. 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.

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.