DE102004036389A1

DE102004036389A1 - Turbinenschaufelfuß mit Mehrfachradiusnut für eine axiale Schaufelbefestigung

Info

Publication number: DE102004036389A1
Application number: DE200410036389
Authority: DE
Inventors: Joana Negulescu; Barbara Blume
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: DE102004036389B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbinenschaufelfuß, welcher mit einem Profil 2 versehen ist, welches in eine passende Axialnut einer Scheibe 3 einschiebbar ist und welches in axialer Richtung mittels eines Befestigungselements 4 sicherbar ist, welches in eine Nut 5 des Turbinenschaufelfußes 1 einbringbar ist, wobei die Nut 5 quer zur Axialrichtung angeordnet und in Radialrichtung unter Bildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine an das Profil 2 angrenzende Wandung 6 der Nut 5 im Querschnitt zumindest zwei unterschiedliche Krümmungsradiusbereiche oder eine Parabel- oder Hyperbelform beim Übergang von einem radialen Bereich der Wandung 6 zu einem axialen Bereich 7 der Wandung der Nut 5 umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbinenschaufelfuß gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung einen Turbinenschaufelfuß, welcher mit einem Profil versehen ist, welches in eine passende Axialnut einer Rotor-Scheibe einschiebbar ist. Um eine axiale Sicherung vorzunehmen, ist ein Befestigungselement vorgesehen, welches mit der einen (äußeren) radialen Kante in eine Nut des Schaufelfußes einbringbar ist, welche sich quer zur Axialrichtung erstreckt. Die andere radiale Kante des Befestigungselements wird in geeigneter Weise an der Scheibe oder einem Sicherungsring oder einem anderen Bauteil verankert, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Nut des Schaufelfußes ist in radialer Richtung zur Drehachse weisend offen. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung bei Konstruktionen anzuwenden, bei welchen sich die Nut des Schaufelfußes axial von der Drehachse wegweisend erstreckt.

Ausgestaltungsformen des Standes der Technik zeigen beispielsweise die WO 03/036049 A1 oder die US 5,256,035 A .

Aus dem Stand der Technik ist somit bekannt, Deckplatten, Arretierungsringe, Arretierungsbleche oder eine Kombination von diesen als Befestigungselemente zu verwenden und in die Nut des Schaufelfußes einzubringen.

Bei den bekannten Ausgestaltungen weist die Nut einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf, welcher rechteckig ausgestaltet ist und lediglich an seinen Übergängen von der radialen Wandung zu der axialen Wandung in üblicher Weise einen Übergangsradius aufweist, welcher herstellungstech nisch bedingt ist. Dabei hat sich gezeigt, dass herkömmliche Nuten mit Rechteckform zur Rissbildung und zum Versagen des Schaufelfußes neigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsnut für einen Turbinenschaufelfuß bzw. einen Turbinenschaufelfuß der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine hohe Lebensdauer hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass eine an das Profil des Turbinenschaufelfußes angrenzende Wandung der Nut im Querschnitt zumindest zwei unterschiedliche Krümmungsradiusbereiche beim Übergang von einem radialen Bereich der Wandung zu einem axialen Bereich der Wandung der Nut umfasst.

Die erfindungsgemäße Sicherungsnut für den Turbinenschaufelfuß zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Krümmungsradien ist es möglich, einen bogenförmigen, sanften Übergang von dem radialen Bereich zu dem axialen Bereich zu schaffen. Dabei kann der durch die mehreren Radien gebildete Wandungsbereich parabelförmig oder hyperbelförmig ausgebildet sein.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können Spannungsspitzen im Nutbereich stark minimiert oder vollständig unterdrückt werden, ohne dass es erforderlich ist, die Nut breite zu vergrößern. Es tritt somit keine Spielvergrößerung zwischen der Schaufelnut und dem Befestigungselement auf, so dass auch Leckageverluste vermieden werden können. Vielmehr ergibt sich erfindungsgemäß ein weicher Übergang im hochbelasteten Teil der Nut. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass insbesondere federartige oder verformbare Befestigungselemente so ausgebildet sind, dass diese nicht gegen den nach vorne gewandten Übergangsbereich zwischen dem radialen Wandungsbereich und dem axialen Wandungsbereich der Nut anliegen, so dass der dort gebildete Freiraum zwischen der Wandung der Nut und dem Befestigungselement bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen erfindungsgemäß nicht beibehalten werden muss, sondern durch die beschriebene bogenförmige Querschnittsgestaltung ersetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nut folgt somit in optimaler Weise der Form der vorbekannten Befestigungselemente, wobei insbesondere auch die Dichtungswirkung besonders günstig ist.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein radial der Drehachse zugewandter Krümmungsradiusbereich einen größeren Radius aufweist als ein benachbarter Krümmungsradiusbereich. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, eine parabelförmige oder hyperbelförmige Querschnitts-Wandungsform zu realisieren.

Bei Verwendung unterschiedlicher Krümmungsradiusbereiche erfolgt vorzugsweise der Übergang zu dem jeweils benachbarten Krümmungsradiusbereich bogenförmig, so dass sich auch hier keine Spannungsspitzen aufbauen können.

Als Radien bei Verwendung zweier unterschiedlicher Krümmungsradiusbereiche können beispielsweise Radien von 4 mm bzw. 0,4 mm besonders vorteilhaft sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine schematische Teil-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel mit erfindungsgemäß ausgestaltetem Schaufelfuß;
2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 gezeigten Ansicht;
3 eine Detailansicht des in 1 und 2 gezeigten Details; und
4 eine Ansicht analog zu 3 einer gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Nut.
Die 1 zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung eine Turbinenschaufel 8, welche an einer Rotor-Scheibe 3 gelagert ist. Hierzu weist ein Turbinenschaufelfuß 1 ein Profil 2 auf, welches in eine passende Axialnut der Scheibe 3 (nicht dargestellt) eingeschoben ist. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Turbinenschaufel 8, der Scheibe 3 sowie des Profils 2 ist auf den Stand der Technik zu verweisen.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung der 1. Dabei ist insbesondere ersichtlich, dass ein blechartiges oder federartiges Befestigungselement 4 an seinem radial nach innen, zur Drehachse (nicht dargestellt) weisenden Bereich in eine Nut 9 der Scheibe 3 eingebracht ist, während ein radial nach außen, von der nicht dargestellten Drehachse weg weisender Bereich des Befestigungselements 4 in eine Nut 5 eingebracht ist.
Die 1 und 2 zeigen jeweils, markiert durch einen Kreis, ein Detail, welches in 3 dargestellt ist.
Wie aus 3 ersichtlich ist, wird die Nut 5 durch einen sich in radialer Richtung erstreckenden Schenkel 10 gebildet, welcher einstückig mit dem Turbinenschaufelfuß 1 verbunden ist und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist. Hierdurch wird eine radiale Wandung 11 gebildet, welche mit einem üblichen Übergangsradius in eine Wandung 7 (axialer Bereich der Nut 5) übergeht.
Erfindungsgemäß ist angrenzend an die axiale Wandung 7 ein Übergangsbereich geschaffen, welcher unterschiedliche Radien aufweist. Dieser Übergangsbereich bildet eine Wandung 6. Aus der Darstellung der 3 ist ersichtlich, dass, angrenzend an die axiale Wandung 7, zunächst ein Bereich der Wandung 6 vorgesehen ist, welcher einen Krümmungsradiusbereich mit einem Radius R2 bildet. Der Radius R2 kann beispielsweise 0,4 mm betragen. Angrenzend an den Krümmungsradiusbereich, der durch den Radius R2 gebildet wird, ist ein Krümmungsradiusbereich vorgesehen, der durch einen Radius R1 gebildet wird, der beispielsweise 4,0 mm betragen kann. Somit ergibt sich ein sanfter Übergang von der axialen Wandung 7 zu dem radialen Bereich der Wandung 6, so wie dies in 3 gezeigt ist. Es versteht sich, dass erfindungsgemäß auch mehr als zwei Radien vorgesehen sein können, so dass sich ein parabelförmiger oder hyperbelförmiger Wandungs-Querschnitts-Verlauf ergibt.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise die freie Breite B1 der Nut 5 1,3 mm, während die Nut im Bereich der axialen Wandung 7 eine Breite von 0,6 mm aufweist.
Die 4 zeigt eine Querschnittsform gemäß dem Stand der Technik. Dabei ist ersichtlich, dass, analog zu der Darstellung der 3, die Nut 5 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, welcher lediglich an seinem Übergang zu einem axialen Wandungsbereich 7 mit einem sehr kleinen, herstellungsbedingten Radius R versehen ist. Gestrichelt zeigt die 4 die Anordnung des Befestigungselements 4.

1: Turbinenschaufelfuß
2: Profil
3: Rotor-Scheibe
4: Befestigungselement
5: Nut
6: Wandung (radialer Bereich)
7: Wandung (axialer Bereich)
8: Turbinenschaufel
9: Nut
10: Schenkel
11: radiale Wandung
R: Radius
B: Breite

Claims

Turbinenschaufelfuß, welcher mit einem Profil (2) versehen ist, welches in eine passende Axialnut einer Scheibe (3) einschiebbar ist und welcher in axialer Richtung mittels eines Befestigungselements (4) sicherbar ist, welches in eine Nut (5) des Turbinenschaufelfußes (1) einbringbar ist, wobei die Nut (5) quer zur Axialrichtung angeordnet und in Radialrichtung unter Bildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine an das Profil (2) angrenzende Wandung (6) der Nut (5) im Querschnitt zumindest zwei unterschiedliche Krümmungsradiusbereiche beim Übergang von einem radialen Bereich der Wandung (6) zu einem axialen Bereich (7) der Wandung der Nut (5) umfasst.
Turbinenschaufelfuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial zur Drehachse zugewandter Krümmungsradiusbereich einen größeren Radius (R1) aufweist als ein benachbarter Krümmungsradiusbereich.
Turbinenschaufelfuß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zu dem jeweiligen Krümmungsradiusbereich bogenförmig ausgebildet ist.
Turbinenschaufelfuß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R1) des Krümmungsradiusbereichs mit dem größeren Radius 4 mm beträgt.
Turbinenschaufelfuß nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R2) des Krümmungsradiusbereichs mit dem kleineren Radius 0,4 mm beträgt.
Turbinenschaufelfuß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (6) der Nut (5) im Querschnitt parallelförmig ist.
Turbinenschaufelfuß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (6) der Nut (5) im Querschnitt hyperbelförmig ist.