DE102020004151A1 - Turbomachine Rotor - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Turbomaschine, wobei der Rotor einen ersten Körper (10) mit einer axialen Stirnfläche (11) und einen zweiten Körper (20) mit einer axialen Stirnfläche (21), die die axiale Stirnfläche (11) des ersten Körpers (10) kontaktiert, aufweist, wobei der erste und zweite Körper (10, 20) axial gegeneinander verspannt (30) sind und wenigstens eine Kontaktfläche (K) zwischen diesen axialen Stirnflächen (11, 21) des ersten und zweiten Körpers (10, 20) die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist.The present invention relates to a rotor for a turbomachine, the rotor comprising a first body (10) with an axial end face (11) and a second body (20) with an axial end face (21) which is the axial end face (11) of the first body (10), wherein the first and second body (10, 20) are axially braced (30) against one another and at least one contact surface (K) between these axial end faces (11, 21) of the first and second body (10, 20) has the shape of a lateral surface of a truncated cone.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine und/oder in Zugankerbauweise, eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, mit dem Rotor sowie ein Verfahren zur Montage des Rotors.The present invention relates to a rotor for a turbomachine, in particular a gas turbine and/or in a tie rod design, a turbomachine, in particular a gas turbine, with the rotor and a method for assembling the rotor.

Turbomaschinenrotoren können aus mehreren axial gegeneinander verspannten Bauteilen zusammengesetzt werden bzw. sein, die sich entsprechend axial aneinander abstützen. Hierdurch kann insbesondere die Herstellung und/oder das Betriebsverhalten verbessert werden.Turbomachine rotors can be assembled from a plurality of components that are braced axially against one another and that are correspondingly supported axially on one another. In this way, in particular, the production and/or the operating behavior can be improved.

Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, Montage und/oder Betrieb von Turbomaschinen-Rotoren zu verbessern.An object of an embodiment of the present invention is to improve assembly and/or operation of turbomachine rotors.

Diese Aufgabe wird durch einen Rotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Anspruch 9 stellt eine Turbomaschine mit wenigstens einem hier beschriebenen Rotor unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a rotor having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10. Claim 9 protects a turbomachine with at least one rotor described here. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Rotor für eine bzw. einer Turbomaschine zwei axial benachbarte Körper auf, die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erster und zweiter Körper bezeichnet werden.According to one embodiment of the present invention, a rotor for a turbomachine has two axially adjacent bodies, which are referred to herein as the first and second bodies without loss of generality.

Eine Axial- bzw. axiale Richtung ist in einer Ausführung parallel zu einer Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine bzw. Rotationsachse des Rotors, eine Umfangsrichtung in einer Ausführung eine Rotationsrichtung um diese Achse, eine Radialrichtung in einer Ausführung senkrecht zur Axial- und Umfangsrichtung, in einer Ausführung von der Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine bzw. Rotationsachse des Rotors wegweisend.In one embodiment, an axial or axial direction is parallel to a rotary or (main) machine axis of the turbomachine or axis of rotation of the rotor, a circumferential direction in one embodiment is a direction of rotation about this axis, a radial direction in one embodiment is perpendicular to the axial and circumferential direction, in one embodiment pointing away from the axis of rotation or (main) machine axis of the turbomachine or axis of rotation of the rotor.

Die Turbomaschine ist in einer Ausführung eine Gasturbine, in einer Weiterbildung für ein, insbesondere eines, Flugtriebwerk(s). Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung der erste Körper und/oder zweite der erste Körper Laufschaufeln der Turbomaschine, in einer Ausführung einer Turbine, in einer Ausführung Hoch- oder Niederdruckturbine, oder eines Verdichters, in einer Ausführung Hoch- oder Niederdruckverdichters, der Gasturbine, auf. Entsprechend ist in einer Ausführung der erste Körper eine beschaufelte Scheibe, in einer Ausführung Blisk („Blade Integrated Disk“), und/oder der zweite Körper eine beschaufelte Scheibe, in einer Ausführung Blisk.In one embodiment, the turbomachine is a gas turbine, in a further development for an aircraft engine(s), in particular an aircraft engine. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first body and/or the second first body has rotor blades of the turbomachine, in one embodiment a turbine, in one embodiment a high or low pressure turbine, or of a compressor, in one embodiment a high or low pressure compressor, the gas turbine, on. Correspondingly, in one embodiment, the first body is a bladed disk, in one embodiment a blisk (“Blade Integrated Disk”), and/or the second body is a bladed disk, in one embodiment a blisk.

Hierfür ist die vorliegende Erfindung jeweils, insbesondere aufgrund konstruktiver, thermischer, dynamischer und/oder montagetechnischer Randbedingungen, besonders geeignet, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.The present invention is particularly suitable for this in each case, in particular due to structural, thermal, dynamic and/or assembly-related boundary conditions, but without being restricted thereto.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen der erste Körper in Axialrichtung (gesehen) eine Stirnfläche („axiale Stirnfläche“), die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als erste axiale Stirnfläche bezeichnet wird, und der zweite Körper eine axiale Stirnfläche auf, die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als zweite axiale Stirnfläche bezeichnet wird und die (erste) axiale Stirnfläche des ersten Körpers, in einer Ausführung flächig, kontaktiert bzw. sich, in einer Ausführung flächig, formschlüssig und/oder axial an der (ersten) axialen Stirnfläche des ersten Körpers abstützt.According to one embodiment of the present invention, the first body in the axial direction (seen) has an end face (“axial end face”), which is also referred to as the first axial end face without loss of generality, and the second body has an axial end face, which in the present case has no Restriction of generality is also referred to as the second axial end face and the (first) axial end face of the first body, in one embodiment flat, contacts or is, in one embodiment flat, positively and/or axially on the (first) axial end face of the first body.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind bzw. werden der erste und zweite Körper, insbesondere ihre beiden einander kontaktierenden bzw. erste und zweite axiale(n) Stirnfläche(n), axial gegeneinander verspannt, in einer Weiterbildung durch einen oder mehrere Zuganker, in einer Ausführung durch wenigstens einen zentralen Zuganker und/oder mehrere dezentrale Zuganker.According to one embodiment of the present invention, the first and second bodies, in particular their two contacting or first and second axial end face(s), are or are axially braced against one another, in a further development by one or more tie rods, in one Execution by at least one central tie rod and/or several decentralized tie rods.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Herstellung und/oder das Betriebsverhalten des Rotors verbessert werden.In one embodiment, this can improve the manufacture and/or the operating behavior of the rotor.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Kontaktfläche zwischen diesen axialen Stirnflächen des ersten und zweiten Körpers die Form einer Mantelfläche eines, insbesondere virtuellen, Kegelstumpfes auf. Mit anderen Worten ist diese Kontaktfläche in einem Meridianschnitt, der die Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine bzw. Rotationsachse des Rotors enthält, keilförmig.According to one embodiment of the present invention, at least one contact surface between these axial end faces of the first and second body has the shape of a lateral surface of an, in particular virtual, truncated cone. In other words, this contact surface is wedge-shaped in a meridian section that contains the axis of rotation or (main) machine axis of the turbomachine or axis of rotation of the rotor.

Dadurch wird in einer Ausführung in Verbindung mit der axialen Verspannung ein selbsthelfendes und/oder -zentrierendes System geschaffen.In one embodiment, this creates a self-helping and/or self-centering system in connection with the axial bracing.

In einer Ausführung ist der Kegelstumpf konzentrisch zur Rotationsachse des Rotors bzw. Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine.In one embodiment, the truncated cone is concentric with the axis of rotation of the rotor or the axis of rotation or (main) machine axis of the turbomachine.

Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung sein halber Kegelwinkel, d.h. der Winkel zwischen seiner Symmetrieachse und seiner Mantelfläche in einem Schnitt, der die Symmetrieachse enthält, wenigstens 45°, insbesondere wenigstens 50°, in einer Ausführung wenigstens 60°, d.h. sein Kegelwinkel bzw. der Winkel zwischen den Schnitten seiner Mantelfläche in bzw. mit einer (Meridian)Ebene, die seine Symmetrieachse enthält, wenigstens 90°, insbesondere wenigstens 100°, in einer Ausführung wenigstens 120°. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung sein halber Kegelwinkel höchstens 89°, insbesondere höchstens 87°, in einer Ausführung höchstens 85°.Additionally or alternatively, in one embodiment its half cone angle, i.e. the angle between its axis of symmetry and its lateral surface in a section that contains the axis of symmetry, is at least 45°, in particular at least 50°, in one embodiment at least 60°, i.e. its cone angle or the angle between the intersections of its lateral surface in or with a (meridian) plane containing its axis of symmetry is at least 90°, in particular at least 100°, in one embodiment at least 120°. Additionally or alternatively, in one embodiment its half cone angle is at most 89°, in particular at most 87°, in one embodiment at most 85°.

Dadurch kann in einer Ausführung ein besonders vorteilhaftes, insbesondere zuverlässiges und/oder effektives, selbsthelfendes und/oder -zentrierendes System geschaffen werden. Insbesondere kann ein solcher, in einer Ausführung flacher, Kegelstumpf besonders vorteilhaft mit den nachfolgend erläuterten kontaktierenden Umfangsflächen zusammenwirken, hier in einer Ausführung besonders vorteilhafte Radialkräfte aufbringen bzw. bewirken.As a result, in one embodiment, a particularly advantageous, in particular reliable and/or effective, self-helping and/or self-centering system can be created. In particular, such a truncated cone, which is flat in one embodiment, can interact particularly advantageously with the contacting peripheral surfaces explained below, applying or bringing about particularly advantageous radial forces here in one embodiment.

In einer Ausführung weist der erste Körper eine, insbesondere radial, innere bzw. nach (radial) innen gewandte bzw. orientierte bzw. der Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine bzw. Rotationsachse des Rotors zugewandte Umfangsfläche auf, die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als erste Umfangsfläche bezeichnet wird und in einer Ausführung der (ersten) axialen Stirnfläche des ersten Körpers benachbart ist, in einer Ausführung an diese anschließt.In one embodiment, the first body has a peripheral surface, in particular radially inner or (radially) inwardly facing or oriented, or facing the axis of rotation or (main) machine axis of the turbomachine or axis of rotation of the rotor is also generally referred to as the first circumferential surface and is adjacent to the (first) axial end surface of the first body in one embodiment and adjoins it in one embodiment.

Der zweite Körper weist in einer Ausführung eine, insbesondere radial, äußere Umfangsfläche bzw. nach radial außen gewandte bzw. orientierte bzw. von der Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine bzw. Rotationsachse des Rotors abgewandte Umfangsfläche auf, die vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch als zweite Umfangsfläche bezeichnet wird und in einer Ausführung der (zweiten) axialen Stirnfläche des zweiten Körpers benachbart ist, in einer Ausführung an diese anschließt.In one embodiment, the second body has an outer peripheral surface, in particular radially, or a peripheral surface that faces or is oriented radially outwards or faces away from the axis of rotation or (main) machine axis of the turbomachine or axis of rotation of the rotor is also generally referred to as the second peripheral surface and is adjacent to the (second) axial end surface of the second body in one embodiment and adjoins it in one embodiment.

Diese (zweite) Umfangsfläche des zweiten Körpers kontaktiert in einer Ausführung diese (erste) Umfangsfläche des ersten Körpers, in einer Ausführung flächig und/oder radial, insbesondere von radial innen. Entsprechend kontaktiert in einer Ausführung diese (erste) Umfangsfläche des ersten Körpers diese (zweite) Umfangsfläche des zweiten Körpers von radial außen. Mit anderen Worten stützt diese (ersten) Umfangsfläche des ersten Körpers sich, in einer Ausführung flächig, formschlüssig und/oder radial auf der (zweiten) Umfangsfläche des zweiten Körpers ab.In one embodiment, this (second) peripheral surface of the second body contacts this (first) peripheral surface of the first body, in one embodiment areally and/or radially, in particular from radially inside. Correspondingly, in one embodiment, this (first) peripheral surface of the first body contacts this (second) peripheral surface of the second body from radially outside. In other words, this (first) peripheral surface of the first body is supported, in one embodiment, over an area, in a form-fitting manner and/or radially on the (second) peripheral surface of the second body.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder das Betriebsverhalten, insbesondere die Stabilität, Dichtigkeit und/oder Zuverlässigkeit, des Rotors verbessert werden.In this way, in one embodiment, the assembly and/or the operating behavior, in particular the stability, tightness and/or reliability, of the rotor can be improved.

In einer Ausführung verjüngt sich der Kegelstumpf, dessen Mantelfläche die Form der wenigstens einen Kontaktfläche zwischen den axialen Stirnflächen des ersten und zweiten Körpers bzw. zwischen der ersten und zweiten axialen Stirnfläche aufweist bzw. von dessen Mantelfläche die wenigstens eine Kontaktfläche zwischen den axialen Stirnflächen des ersten und zweiten Körpers bzw. zwischen der ersten und zweiten axialen Stirnfläche die Form aufweist, in axialer Richtung von dem ersten Körper zu dem zweiten Körper hin. Mit anderen Worten weist diese Mantelfläche mehrere axial aufeinanderfolgende Durchmesser aus, die in axialer Richtung von dem ersten Körper zu dem zweiten Körper hin abnehmen.In one embodiment, the truncated cone tapers, the lateral surface of which has the shape of the at least one contact surface between the axial end faces of the first and second body or between the first and second axial end faces, or of the lateral surface of which the at least one contact surface between the axial end faces of the first and second body or between the first and second axial faces has the shape in the axial direction from the first body towards the second body. In other words, this lateral surface has a plurality of axially consecutive diameters which decrease in the axial direction from the first body to the second body.

Dadurch wird in einer Ausführung in Kombination mit der axialen Verspannung infolge der Keilwirkung der kegelstumpfförmigen Kontaktfläche die zweite bzw. (radial) äußere Umfangsfläche des zweiten Körpers radial nach außen gegen die erste bzw. (radial) innere Umfangsfläche des ersten Körpers bzw. die erste bzw. (radial) innere Umfangsfläche des ersten Körpers radial nach innen gegen die zweite bzw. (radial) äußere Umfangsfläche des zweiten Körpers gepresst und dadurch in einer Ausführung die Verbindung zwischen erstem und zweiten Körper verbessert, in einer Ausführung eine radiale Verspannung erzeugt oder erhöht.As a result, in one embodiment, in combination with the axial tension due to the wedging effect of the frustoconical contact surface, the second or (radially) outer peripheral surface of the second body is pressed radially outwards against the first or (radially) inner peripheral surface of the first body or the first or (radially) inner peripheral surface of the first body is pressed radially inwards against the second or (radially) outer peripheral surface of the second body, thereby improving the connection between the first and second bodies in one embodiment, generating or increasing radial tension in one embodiment.

Dies kann in einer Ausführung vorteilhaft einer Öffnung des Radialsitzes von bzw. zwischen dem ersten und zweiten Körper bzw. ihrer ersten bzw. zweiten Umfangsfläche, insbesondere infolge von Fliehkräften, Kriechen, Vibrationen und/oder thermischen Veränderungen bzw. Randbedingungen, entgegenwirken und so die Montage und/oder das Betriebsverhalten, insbesondere die Stabilität, Dichtigkeit und/oder Zuverlässigkeit, des Rotors verbessern.In one embodiment, this can advantageously counteract an opening of the radial seat of or between the first and second bodies or their first or second peripheral surface, in particular as a result of centrifugal forces, creeping, vibrations and/or thermal changes or boundary conditions, and thus the assembly and/or improve the operating behavior, in particular the stability, tightness and/or reliability of the rotor.

Umgekehrt kann durch die radiale Abstützung der beiden Umfangsflächen infolge der Keilwirkung die axiale Ver- bzw. Vorspannung in einer Ausführung vorteilhaft unterstützt werden.Conversely, the radial bracing of the two peripheral surfaces as a result of the wedge effect can advantageously support the axial bracing or prestressing in one embodiment.

In einer Ausführung bilden die (radial) innere bzw. erste Umfangsfläche des ersten Körpers und die (radial) äußere bzw. zweite Umfangsfläche des zweiten Körpers eine Presspassung bzw. einen Presssitz bzw. ist ein(e) solche(r) zwischen der (radial) inneren bzw. ersten Umfangsfläche des ersten Körpers und der (radial) äußeren bzw. zweiten Umfangsfläche des zweiten Körpers konstruktiv bzw. in einem Auslegungs- und/oder Montagezustand, insbesondere bei 20°C und/oder Betriebstemperatur, insbesondere maximaler und/oder Auslegungs-Betriebstemperatur, vorgesehen bzw. ausgebildet. In einer Ausführung weist somit die (radial) innere bzw. erste Umfangsfläche des ersten Körpers vor der Montage bzw. nach Demontage bzw. im unverformten Zustand einen kleineren Durchmesser auf als die (radial) äußere bzw. zweite Umfangsfläche des zweiten Körpers, in einer Ausführung weist die (radial) innere bzw. erste Umfangsfläche des ersten Körpers einen, insbesondere maximal( zulässig)en, Soll-Wert, auf, der kleiner als ein, insbesondere minimal (zulässig)er, Soll-Wert der (radial) äußeren bzw. zweiten Umfangsfläche des zweiten Körpers ist.In one embodiment, the (radially) inner or first peripheral surface of the first body and the (radially) outer or second peripheral surface of the second body form or is an interference fit between the (radially ) Inner or first peripheral surface of the first body and the (radially) outer or second peripheral surface of the second body structurally or in a design and/or assembly state, in particular at 20° C. and/or operating temperature, in particular maximum and/or design -Operating temperature, provided or formed. In one embodiment, the (radially) inner or first peripheral surface of the first body has a smaller diameter than the (radially) outer or second peripheral surface before assembly or after disassembly or in the non-deformed state surface of the second body, in one embodiment the (radially) inner or first peripheral surface of the first body has an, in particular, maximum (permissible) target value, which is smaller than a, in particular minimum (permissible), target value of the (radially) outer or second peripheral surface of the second body.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder das Betriebsverhalten, insbesondere die Stabilität, Dichtigkeit und/oder Zuverlässigkeit, des Rotors verbessert werden. Dabei kann in einer Ausführung die vorstehend erläuterte Radialkraft bzw. -spannung, die infolge der Keilwirkung durch die Kombination von axialer Verspannung und kegelstumpfmantelartiger Kontaktfläche zwischen den axialen Stirnflächen mit Verjüngung zum zweiten Körper hin bewirkt bzw. aufgebracht wird, diese(n) Presspassung bzw. -sitz besonders vorteilhaft verstärken.In this way, in one embodiment, the assembly and/or the operating behavior, in particular the stability, tightness and/or reliability, of the rotor can be improved. In one embodiment, the radial force or stress explained above, which is caused or applied as a result of the wedge effect by the combination of axial tension and a truncated cone-like contact surface between the axial end faces tapering towards the second body, this(these) press fit or -Reinforce the seat particularly advantageously.

In einer Ausführung weist wenigstens eine Kontaktfläche zwischen der (radial) inneren bzw. ersten Umfangsfläche des ersten Körpers und der (radial) äußeren bzw. zweiten Umfangsfläche des zweiten Körpers die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes, der sich in axialer Richtung von dem zweiten Körper zu dem ersten Körper hin verjüngt, auf. Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung wenigstens eine Kontaktfläche zwischen der (radial) inneren bzw. ersten Umfangsfläche des ersten Körpers und der (radial) äußeren bzw. zweiten Umfangsfläche des zweiten Körpers die Form einer Mantelfläche eines Zylinders auf.In one embodiment, at least one contact surface between the (radially) inner or first peripheral surface of the first body and the (radially) outer or second peripheral surface of the second body has the shape of a lateral surface of a truncated cone extending in the axial direction from the second body tapering towards the first body, on. Additionally or alternatively, in one embodiment, at least one contact surface between the (radially) inner or first peripheral surface of the first body and the (radially) outer or second peripheral surface of the second body has the shape of a lateral surface of a cylinder.

Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder das Betriebsverhalten, insbesondere die Stabilität und/oder Zuverlässigkeit, des Rotors verbessert werden.In this way, in one embodiment, the assembly and/or the operating behavior, in particular the stability and/or reliability, of the rotor can be improved.

In einer Ausführung ist der erste Körper stromabwärts des zweiten Körpers bzw. stromabwärts hinter dem zweiten Körper angeordnet. Mit anderen Worten stützt sich in einer Ausführung der stromabwärtige(re) Körper von radial außen auf dem stromaufwärtige(re)n Körper ab.In one embodiment, the first body is arranged downstream of the second body or downstream behind the second body. In other words, in one embodiment, the body(s) downstream is supported on the body(s) upstream from radially outside.

Hierdurch kann in einer Ausführung ein größerer Durchmesser der einander kontaktierenden (ersten und zweiten) Umfangsfläche(n) realisiert und dadurch in einer Ausführung die Lastverteilung verbessert werden.In this way, in one embodiment, a larger diameter of the (first and second) peripheral surface(s) contacting one another can be implemented, thereby improving the load distribution in one embodiment.

In einer alternativen Ausführung ist der erste Körper stromaufwärts des zweiten Körpers bzw. stromaufwärts vor dem zweiten Körper angeordnet. Mit anderen Worten stützt sich in einer Ausführung der stromaufwärtige(re) Körper von radial außen auf dem stromabwärtige(re)n Körper ab.In an alternative embodiment, the first body is arranged upstream of the second body or upstream in front of the second body. In other words, in one embodiment, the body(s) upstream is supported on the body(s) downstream from radially outside.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte Bauform realisiert und/oder die Montage verbessert werden.In this way, a compact design can be implemented in one embodiment and/or the assembly can be improved.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:

  • 1 einen Teil eines Rotors einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Meridianschnitt; und
  • 2 einen Teil eines Rotors einer Turbomaschine nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung.
Further advantageous developments of the present invention result from the dependent claims and the following description of preferred embodiments. This shows, partially schematized:
  • 1 a part of a rotor of a turbomachine according to an embodiment of the present invention in a meridian section; and
  • 2 a part of a rotor of a turbomachine according to a further embodiment of the present invention in 1 corresponding representation.

1 zeigt einen Teil eines Rotors einer Turbomaschine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Meridianschnitt, welcher eine Rotationsachse A des Rotors bzw. Drehachse A der Turbomaschine enthält. 1 12 shows a part of a rotor of a turbomachine according to an embodiment of the present invention in a meridional section containing an axis of rotation A of the rotor or axis of rotation A of the turbomachine.

Der Rotor weist einen ersten Körper in Form einer Scheibe 10 mit Schaufeln 10A, einer (ersten) axialen Stirnfläche 11 und einer an diese anschließenden, (radial) inneren (ersten) Umfangsfläche 12 sowie einen zweiten Körper in Form einer Scheibe 20 mit Schaufeln 20A, einer (zweiten) axialen Stirnfläche 21, die die (erste) axiale Stirnfläche 11 des ersten Körpers 10 flächig kontaktiert, und einer an die (zweite) axiale Stirnfläche 21 des zweiten Körpers 20 anschließenden, (radial) äußeren (zweiten) Umfangsfläche 22 auf, die die (radial) innere (erste) Umfangsfläche 12 des ersten Körpers 10 kontaktiert.The rotor has a first body in the form of a disk 10 with blades 10A, a (first) axial end face 11 and a (radially) inner (first) circumferential surface 12 adjoining this, and a second body in the form of a disk 20 with blades 20A, a (second) axial end face 21, which contacts the (first) axial end face 11 of the first body 10 over a surface area, and a (radially) outer (second) peripheral face 22 adjoining the (second) axial end face 21 of the second body 20, which contacts the (radially) inner (first) peripheral surface 12 of the first body 10 .

Der erste und zweite Körper 10, 20 sind bzw. werden durch wenigstens einen Zuganker 30 axial gegeneinander verspannt, der in 1 nur teilweise angedeutet ist.The first and second body 10, 20 are or will be braced against each other axially by at least one tie rod 30, which in 1 is only partially indicated.

Die Kontaktfläche K zwischen diesen axialen Stirnflächen 11, 21 des ersten und zweiten Körpers 10, 20 weist die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes auf, der konzentrisch zur Rotationsachse A des Rotors bzw. Drehachse A der Turbomaschine ist, sich in axialer Richtung von dem ersten Körper zu dem zweiten Körper hin (in 1 von rechts nach links) verjüngt, und dessen halber Kegelwinkel α wenigstens 45° und höchstens 89° beträgt. In 1 ist dieser Kegelstumpf gestrichelt angedeutet.The contact surface K between these axial end faces 11, 21 of the first and second bodies 10, 20 has the shape of a lateral surface of a truncated cone, which is concentric to the axis of rotation A of the rotor or axis of rotation A of the turbomachine, extending in the axial direction from the first body towards the second body (in 1 tapers from right to left), and whose half cone angle α is at least 45° and at most 89°. In 1 this truncated cone is indicated by dashed lines.

Die Kontaktfläche P zwischen der (radial) inneren (ersten) Umfangsfläche 12 des ersten Körpers 10 und der (radial) äußeren (zweiten) Umfangsfläche 22 des zweiten Körpers 20 weist die Form einer Mantelfläche eines Zylinders auf.The contact surface P between the (radially) inner (first) peripheral surface 12 of the first body 10 and the (radially) outer (second) peripheral surface 22 of the second body 20 has the shape of a lateral surface of a cylinder.

Die (radial) innere (erste) Umfangsfläche 12 des ersten Körpers 10 und die (radial) äußere (zweite) Umfangsfläche 22 des zweiten Körpers 20 bilden ein Presspassung.The (radially) inner (first) peripheral surface 12 of the first body 10 and the (radially) outer (second) peripheral surface 22 of the second body 20 form an interference fit.

Diese wird durch die Keilwirkung der kegelstumpfmantelartigen Kontaktfläche K zwischen den axialen Stirnflächen 11, 21 vorteilhaft verstärkt. Bildlich gesprochen drückt der sich zum zweiten Körper 20 hin verjüngende Kegelstumpf die (radial) äußere (zweite) Umfangsfläche 22 des zweiten Körpers 20 (zusätzlich) radial nach außen gegen die (radial) innere (erste) Umfangsfläche 12 des ersten Körpers 10. Umgekehrt wird durch die Presspassung auch die axiale Ver- bzw. Vorspannung vorteilhaft verstärkt.This is advantageously increased by the wedge effect of the frustoconical surface-like contact surface K between the axial end faces 11, 21. Figuratively speaking, the truncated cone tapering towards the second body 20 presses the (radially) outer (second) peripheral surface 22 of the second body 20 (additionally) radially outwards against the (radially) inner (first) peripheral surface 12 of the first body 10. The reverse is the case the press fit also advantageously reinforces the axial bracing or prestressing.

Der erste Körper 10 ist stromabwärts des zweiten Körpers 20 angeordnet.The first body 10 is arranged downstream of the second body 20 .

2 zeigt einen Teil eines Rotors nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen identifiziert, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede eingegangen wird. 2 12 shows part of a rotor according to a further embodiment of the present invention 1 corresponding representation. Features that correspond to one another are identified by identical reference symbols, so that reference is made to the above description and only differences are discussed below.

In der Ausführung der 2 ist der erste Körper 10 stromaufwärts des zweiten Körpers 20 angeordnet.In the execution of 2 the first body 10 is arranged upstream of the second body 20 .

Entsprechend stützt sich hier der stromaufwärtige(re) Körper 10 radial von außen auf dem stromabwärtige(re)n Körper 20 ab und der Kegelstumpf verjüngt sich in 2 von links nach rechts.Correspondingly, the upstream body 10 is supported radially from the outside on the downstream body 20 and the truncated cone tapers in 2 left to right.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be pointed out that a large number of modifications are possible. In addition, it should be noted that the exemplary implementations are only examples and are not intended to limit the scope, applications, or construction in any way. Rather, the above description gives the person skilled in the art a guideline for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, being able to be made without departing from the scope of protection as it emerges from the claims and these equivalent combinations of features.

BezugszeichenlisteReference List

1010
erster Körperfirst body
10A10A
Schaufelshovel
1111
(erste) axiale Stirnfläche(first) axial face
1212
(radial) innere (erste) Umfangsfläche(radial) inner (first) peripheral surface
2020
zweiter Körpersecond body
20A20A
Schaufelshovel
2121
(zweite) axiale Stirnfläche(second) axial face
2222
(radial) äußere (zweite) Umfangsfläche(radial) outer (second) peripheral surface
3030
Zugankertie rod
AA
Rotationsachseaxis of rotation
KK
(axiale) Kontaktfläche(axial) contact surface
PP
(Umfangs)Kontaktfläche(Circumferential) contact area
αa
halber Kegelwinkelhalf cone angle

Claims (10)

Rotor für eine Turbomaschine, wobei der Rotor einen ersten Körper (10) mit einer axialen Stirnfläche (11) und einen zweiten Körper (20) mit einer axialen Stirnfläche (21), die die axiale Stirnfläche (11) des ersten Körpers (10) kontaktiert, aufweist, wobei der erste und zweite Körper (10, 20) axial gegeneinander verspannt (30) sind und wenigstens eine Kontaktfläche (K) zwischen diesen axialen Stirnflächen (11, 21) des ersten und zweiten Körpers (10, 20) die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist.A rotor for a turbomachine, the rotor comprising a first body (10) having an axial face (11) and a second body (20) having an axial face (21) contacting the axial face (11) of the first body (10). , wherein the first and second bodies (10, 20) are axially braced (30) against one another and at least one contact surface (K) between these axial end faces (11, 21) of the first and second bodies (10, 20) has the shape of a Has lateral surface of a truncated cone. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) stromabwärts des zweiten Körpers (20) angeordnet ist.rotor after claim 1 , characterized in that the first body (10) is arranged downstream of the second body (20). Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) stromaufwärts des zweiten Körpers (20) angeordnet ist.rotor after claim 1 , characterized in that the first body (10) is arranged upstream of the second body (20). Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Körper (10, 20) durch wenigstens einen Zuganker (30) axial gegeneinander verspannt sind.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second bodies (10, 20) are braced against one another axially by at least one tie rod (30). Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kontaktfläche (K) zwischen den axialen Stirnflächen (11, 21) des ersten und zweiten Körpers (10, 20) die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist, der konzentrisch zu einer Rotationsachse (A) des Rotors ist und/oder dessen halber Kegelwinkel (α) wenigstens 45° und/oder höchstens 89° beträgt.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one contact surface (K) between the axial end faces (11, 21) of the first and second body (10, 20) has the shape of a lateral surface of a truncated cone which is concentric to an axis of rotation (A) of the rotor and/or its half cone angle (α) is at least 45° and/or at most 89°. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper (10) eine, insbesondere seiner axialen Stirnfläche (11) benachbarte, innere Umfangsfläche (12) und der zweite Körper (20) eine, insbesondere seiner axialen Stirnfläche (21) benachbarte, äußere Umfangsfläche (22), die die innere Umfangsfläche (12) des ersten Körpers (10) kontaktiert, aufweist, wobei die wenigstens eine Kontaktfläche (K) zwischen den axialen Stirnflächen (11, 21) des ersten und zweiten Körpers (10, 20) die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes aufweist, der sich in axialer Richtung von dem ersten Körper (10) zu dem zweiten Körper (20) hin verjüngt.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the first body (10), in particular its axial end face (11) adjacent, inner peripheral surface (12) and the second body (20) one, in particular has an outer peripheral surface (22) adjacent to its axial end face (21) and which contacts the inner peripheral surface (12) of the first body (10), the at least one contact surface (K) between the axial end faces (11, 21) of the first and the second body (10, 20) has the shape of a lateral surface of a truncated cone which tapers in the axial direction from the first body (10) to the second body (20). Rotor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kontaktfläche (P) zwischen der inneren Umfangsfläche (12) des ersten Körpers (10) und der äußeren Umfangsfläche (22) des zweiten Körpers (20) die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfes, der sich in axialer Richtung von dem zweiten Körper zu dem ersten Körper hin verjüngt, aufweist und/oder wenigstens eine Kontaktfläche zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten Körpers und der äußeren Umfangsfläche des zweiten Körpers die Form einer Mantelfläche eines Zylinders aufweist; und/oder dass die innere Umfangsfläche (12) des ersten Körpers (10) und die äußere Umfangsfläche (22) des zweiten Körpers (20) eine Presspassung bilden.Rotor according to the preceding claim, characterized in that at least one contact surface (P) between the inner peripheral surface (12) of the first body (10) and the outer peripheral surface (22) of the second body (20) has the shape of a lateral surface of a truncated cone, the tapers in the axial direction from the second body to the first body, and/or at least one contact surface between the inner peripheral surface of the first body and the outer peripheral surface of the second body has the shape of a lateral surface of a cylinder; and/or that the inner peripheral surface (12) of the first body (10) and the outer peripheral surface (22) of the second body (20) form an interference fit. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Körper (10, 20) Laufschaufeln (10A, 20A) der Turbomaschine, insbesondere einer Turbine oder eines Verdichter einer Gasturbine, aufweist.Rotor according to one of the preceding claims, characterized in that the first and/or second body (10, 20) has rotating blades (10A, 20A) of the turbomachine, in particular a turbine or a compressor of a gas turbine. Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit wenigstens einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Turbomachine, in particular gas turbine, in particular for an aircraft engine, with at least one rotor according to one of the preceding claims. Verfahren zur Montage eines Rotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Körper (10, 20), insbesondere durch wenigstens einen Zuganker (30), axial gegeneinander verspannt werden.Method for assembling a rotor according to one of the preceding claims, in which the first and second bodies (10, 20) are braced axially against one another, in particular by at least one tie rod (30).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0028217A1 (en) 1979-10-25 1981-05-06 ELIN-UNION Aktiengesellschaft für elektrische Industrie Rotor for a thermic turbomachine
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