DE4435268A1 - Beschaufelter Rotor einer Turbomaschine - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor einer Turbo­ maschine, bei der die Schaufelfüße und die Schaufelnuten tannenbaumförmig mit mehreren Kerben und Zacken ausgeformt sind, wodurch sich mehrere schräg verlaufende tragende Flä­ chen bilden, wobei die an die tragenden Flächen anschlie­ ßenden Kerben im Schaufelfuß und in der Schaufelnut im wesentlichen durch einen ersten Kurvenradius und einen zwei­ ten Kurvenradius beschrieben werden.

Stand der Technik

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 Zentrifugal­ kräfte, die über die von den Kerben und Zacken 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 ver­ bleiben und eventuell auf die Oberflächen aufgebrachte Schutz schichten zerstören.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem beschau­ felten Rotor der eingangs genannten Art vorzeitige Ermüdungs­ brüche durch Korrosion in der tannenbaumförmigen Befestigung zu vermeiden und die Spannungsverläufe zu optimieren.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der an die tragende Fläche anschließende erste Kurvenradius kleiner ist als der zweite Kurvenradius und daß der Öffnungswinkel zwi­ schen einer Tangente, die an den durch den ersten Kurven­ radius beschriebenen Kreisbogen am Endpunkt der tragenden Fläche anliegt, und der tragenden Fläche mindestens vierzig Grad beträgt.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß der Kapillareffekt in der Nähe der tragenden Fläche eli­ miniert wird. Abriebpartikel werden nicht mehr zurückgehalten und können keine Schäden an aufgebrachten Schutzschichten hervorrufen. Spannungen im Anschluß an die tragende Fläche werden abgebaut und damit die Lebensdauer der Bauteile erhöht.

Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn der Öffnungswinkel so groß wie möglich gewählt wird, um Spannungen im Anschluß an die tragende Fläche abzubauen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

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 11 aus Fig. 1.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

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 Schaufel­ füßen 3 in achsparallelen, in Längsrichtung verlaufenden Schaufelnuten 2 des Trommelrotors 1 eingesetzt. Der Schaufel­ fuß 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.

Nach Fig. 2 ist eine bei der Rotation des Trommelrotors 1 durch die Zentrifugalbeschleunigung der Laufschaufeln 5 ent­ standene tragende Fläche F zwischen einer Kerbe 10 und einer Kerbe 21 angeordnet. Um die weitere Beschreibung zu vereinfa­ chen, wird die Ausdehnung der Laufschaufeln und des Trommel­ rotors senkrecht zur Zeichnungsebene im folgenden vernachläs­ sigt. 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 Kipp­ winkel 12 beträgt üblicherweise vierzig bis fünfzig Grad. Die Kerben 21 des Trommelrotors 1 und die Kerben 10 der Lauf­ schaufeln 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 Geo­ metrie der Kerbe dienen.

Durch den Endpunkt A der tragenden Fläche F wird eine Gerade T so gelegt, daß sie mit der tragenden Fläche einen Öff­ nungswinkel 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 End­ punkt 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 tan­ gential 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.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Öff­ nungswinkel 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 aus­ gelegt werden, entscheidend dabei ist immer die Optimierung des Spannungsverlaufes.

Bezugszeichenliste

1 Trommel-Rotor
2 Schaufelnuten 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 Öffnungswinkel
T Tangente an Kreisbogen mit Radius R1.

Claims (2)

1. Beschaufelter Rotor (1) einer Turbomaschine, bei der die Schaufelfüße (3) und die Schaufelnuten (2) tannenbaum­ förmig 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 Kurven­ radius (R2) beschrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der an die tragende Fläche (F) anschließende erste Kur­ venradius (R1) kleiner ist als der zweite Kurvenradius (R2) und daß der Öffnungswinkel (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 Kreisbö­ gen (22, 24) und an den Kreisbögen tangential anliegen­ den Geraden (23, 25) gebildet sind.