WO2011039029A2 - Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel - Google Patents

Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel Download PDF

Info

Publication number
WO2011039029A2
WO2011039029A2 PCT/EP2010/062940 EP2010062940W WO2011039029A2 WO 2011039029 A2 WO2011039029 A2 WO 2011039029A2 EP 2010062940 W EP2010062940 W EP 2010062940W WO 2011039029 A2 WO2011039029 A2 WO 2011039029A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turbine
blade
shaft
turbine shaft
groove
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/062940
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011039029A3 (de
Inventor
Christoph Ebert
Detlef Haje
Albert Langkamp
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US13/498,921 priority Critical patent/US20120183409A1/en
Priority to EP10752767A priority patent/EP2483528A2/de
Publication of WO2011039029A2 publication Critical patent/WO2011039029A2/de
Publication of WO2011039029A3 publication Critical patent/WO2011039029A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/38—Retaining components in desired mutual position by a spring, i.e. spring loaded or biased towards a certain position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • Turbine blade turbine shaft, turbine plant and method of assembling the turbine blade
  • the invention relates to a turbine blade according to the pre ⁇ part of claim 1.
  • the invention further relates to a turbine shaft according to the preamble of claim 6.
  • the He ⁇ invention relates to a turbine plant according to the preamble of claim 8.
  • the invention finally relates to a method for mounting a turbine blade according to the preamble of claim 15.
  • vanes for the turbine at least a last turbine stage of a multistage turbine, that is, a rearmost and thus coolest turbine stage, fiber composite materials with high specific weight ⁇ relative strengths are used.
  • a turbine blade has a blade root with which the turbine blade is fastened to a turbine shaft, for example of steel, of a respective turbine.
  • the turbine shaft in turn has for the blade foot of the turbine blade ⁇ a groove into which the blade root of the turbine blade is mounted to a mounting of the turbine blade to the respective turbine shaft.
  • Support wall portions of the groove of the turbine shaft may be formed as flanks, by which an increased holding force of the blade root in the groove of the turbine shaft he aims ⁇ .
  • the flanks in turn may be part of, for example, a fir shape having the blade root and with which the blade root is to be screwed into an associated groove of the turbine shaft which has a corresponding counter-shape to the fir shape of the blade root.
  • steam or stationary gas turbine plants hereinafter also referred to only briefly as steam or gas turbines
  • currently only metallic turbine blades are used.
  • differences in shape and position of the blade root of a turbine blade and the respective associated groove of a turbine shaft occur.
  • immense effort in the foot and groove machining of the turbine blade and the turbine shaft are operated.
  • a blade root of the turbine blade is inserted into a mold for the blade root a corresponding counter-shape ⁇ facing groove of the turbine shaft.
  • the object of the present invention is, starting from a turbine blade, each of the aforementioned type of a turbine shaft and a turbine ⁇ plant, the Turbinenschau- fei to improve the turbine shaft and the turbine system in such a way that the carrying capacity of a Fa ⁇ serverbundtechnikstoff existing blade root of a turbine ⁇ blade, which is mounted with the blade root in a groove of a turbine shaft of a turbine, by reducing voltage peaks on points of the blade root, at which the blade root is supported on corresponding wall portions of the groove of the turbine shaft, is increased and thus the Le ⁇ service life of the turbine blade, the turbine shaft and the turbine system is prolonged.
  • Turbine blade solved having the features of the characterizing part of claim 1.
  • the task is according to the invention by a turbine shaft ge ⁇ dissolves, which has the features of the characterizing part of presence entitlement.
  • the responsibility is on ⁇ according to the invention by a turbine plant, which comprises the features of the characterizing part of claim 8 ⁇ .
  • the object erfindungsge ⁇ Gurss is achieved by a method comprising the step specified in the characterizing part of claim 15.
  • the load-bearing capacity of a fiber composite blade root of a turbine blade is increased by reducing excess stresses at critical points in a groove of a turbine shaft, in which the blade root is supported in an assembled state, whereby prolongs the life of the turbine blade according to the invention, the turbine shaft and the turbine system early.
  • the surfaces of a respective blade root as closely as possible to the surfaces ei ner relevant, serving as a mounting groove of a Subject Author fenden turbine shaft adapted.
  • voltage overshoots as a result of point and line loads are significantly reduced.
  • the limited moldability of the thermosetting matrix systems in general is used in the fiber composite material for conformation to existing geometries by heating the composite fiber material best ⁇ Henden blade root.
  • the turbine shaft according to the invention comprises at least one Zige a turbine blade according to the invention, whereby the turbine blade according to the invention before ⁇ parts are transferred to the Turbi ⁇ nenwelle.
  • the turbine system according to the invention has at least one single turbine shaft according to the invention, whereby the pre ⁇ parts of the turbine shaft according to the invention transition to the Turbinenan.
  • the blade root of a fiber composite turbine blade during assembly that is, immediately before, during or after the insertion of the blade root into the groove of the turbine shaft, on the turbine shaft by a heating effect caused by a heat and heat effect as a result adapted by a self-adaptation in the fit particularly fine to the shape of the groove of the turbine shaft.
  • the turbine blade according to the invention has flanks which are equipped with elements which are plastically deformable by the action of heat.
  • flanks enable a correspondingly reinforced fastening in the groove of the turbine shaft.
  • the plastically deformable by heat elements stop at an appropriate choice because of their low stiffness inducing extremepalsüberhö ⁇ increases and protect the fiber composite structure of the blade root from temperature elevations, for example as a result of micro friction between the blade and the groove in which the blade is mounted.
  • the elements that can be plastically deformed under heat help to adapt the surfaces of the blade root and groove to one another, because they also adapt to the existing geometries when exposed to heat.
  • Reinforced or unreinforced thermoplastics can be used for the plastically deformable elements. They can be realized with strips of material having a thickness in the range of 0.1 to 0.2 mm.
  • the heating device used for the action of heat on the blade root of a turbine blade according to the invention can be integrated in the blade root itself. But it can also be arranged au ⁇ ßerrenz the blade root. For example, it may be integrated in a respective turbine shaft or arranged both outside the blade root and outside the turbine shaft. It can be formed by radiant heaters or the like. Furthermore, the Schuvor400ung can be designed in such a way that their effect is based on the phy ⁇ sical principle of micro-friction or microwave. A turbine shaft can still be made of steel.
  • the said heating arrangement can also be integrated in the turbine shaft.
  • the turbine system may be a gas or steam turbine plant.
  • a multistage turbine plant may have at the last, that is, rearmost turbine stage, which is the coolest turbine stage usually with turbine blades invention or a turbine shaft according to the invention be equipped.
  • the relevant heating arrangement can be provided apart from a relevant blade root of a relevant turbine blade.
  • the Schuvorlotung concerned may be located away ei ⁇ ner concerned turbine shaft.
  • the heating arrangement can be designed in such a way that its effect is based on the physical principle of micro-friction between a relevant turbine blade and a relevant turbine shaft with this turbine blade or according to that of microwaves.
  • the effect of heat in accordance with the physi ⁇ 'principle of micro friction between the turbine blade and the turbine shaft or according to is effected by microwaves.
  • the turbine blade 1 of the invention made from reinforced fiber composite material rea ⁇ loop is.
  • the assembly of the turbine blade 1 on the turbine shaft 2 he follows ⁇ by the blade root 3 of the turbine blade 1 is mounted in the groove 4 of the turbine shaft 2.
  • the blade root 3 has a fir shape, with which the blade root 3 and thus the turbine blade 1 is inserted or inserted into a correspondingly against ge ⁇ shaped groove 4 of the turbine shaft 2.
  • other fits than a Tannenpassform are also conceivable.
  • the blade root 3 always has flanks 5 in some form, via which the blade root 3 is supported on corresponding wall sections 6 of the groove 4 in the mounted state.
  • the said flanks 5 are part of the fir shape of the blade root 3.
  • flanks 5 and the wall sections 6 are only marked once in the figure.
  • a compression spring 7 is provided in the groove 4 according to the vorlie ⁇ ing embodiment, through which the blade root 3 backlash with the flanks 5 at the flanks 5 opposite arranged Wandabschnit ⁇ te 6 of the groove 4 is pressed.
  • the flanks 5 of the blade root 3 are equipped with heat-plastically deformable elements 9, through which inter alia when exposed to heat by said Schuvorflopung a further plastic adaptation of the shape of the blade root 3 of the turbine blade 1 to the shape of the groove 4 of Turbine shaft 2 is accomplished.
  • the turbine blade 1 and turbine shaft 2 shown in the FIGURE are part of a turbine system which is not shown in more detail in the FIGURE.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Es wird eine Turbinenschaufel (1), eine Turbinenwelle (2) mit einer solchen Turbinenschaufel (1), eine Turbinenanlage mit einer Turbinenwelle (2) mit einer solchen Turbinenschaufel (1) und ein Verfahren zur Montage der Turbinenschaufel (1) vorgeschlagen, mit dem Ergebnis, dass die Turbinenschaufel (1) aus einem Faserverbundwerkstoff besteht und gleichzeitig die Tragfähigkeit der Turbinenschaufel (1) beziehungsweise des Schaufelfußes (3) der Turbinenschaufel (1) gegenüber metallischen Turbinenschaufeln durch Verringerung von Spannungsüberhöhungen an Stellen des Schaufelfußes (3), an denen sich der Schaufelfuß (3) an entsprechenden Wandabschnitten (6) einer Nut (4) der Turbinenwelle (2) abstützt, erhöht und damit die Lebensdauer der Turbinenschaufel (1) und damit der Turbinenwelle (2) und der Turbinenanlage mit solchen Turbinenschaufeln (1) verlängert ist. Erreicht wird dies durch eine besonders fein an die Form der Nut (4) der Turbinenwelle (2) angepasste Passform des Schaufelfußes (3) der Turbinenschaufel (1) infolge einer bei der Montage an der Turbinenwelle (2) durch eine Heizvorkehrung (8) auf den Schaufelfuß (3) bewirkte Wärmeeinwirkung und davon infolge einer Formselbstanpassung an die Form der Nut (4) der Turbinenwelle (2).

Description

Beschreibung
Turbinenschaufel, Turbinenwelle, Turbinenanlage und Verfahren zur Montage der Turbinenschaufel
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel gemäß dem Ober¬ begriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Turbinenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Die Er¬ findung betrifft ferner eine Turbinenanlage gemäß dem Ober- begriff des Anspruchs 8. Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zur Montage einer Turbinenschaufel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
Um die Leistung und den Wirkungsgrad zukünftiger Turbinen be- ziehungsweise Turbinenanlagen, nachfolgend auch nur kurz als Turbine bezeichnet, zu steigern, wird angestrebt, die Durch¬ strömfläche insbesondere einer letzten Turbinenstufe bei ei¬ ner mehrstufigen Turbine bzw. die Drehzahl der Turbine zu vergrößern. Herkömmliche Werkstoffe für die in der Turbine eingesetzten Turbinenschaufeln der dort eingesetzten Turbinenwellen wie Stahl oder Titan stoßen heute bereits an ihre physikalischen Grenzen.
Eine Verbesserung ist hier erzielt, wenn für die Turbinen- schaufeln zumindest einer letzten Turbinenstufe einer mehrstufigen Turbine, das heißt, einer hintersten und damit kühlsten Turbinenstufe, Faserverbundwerkstoffe mit gewichts¬ bezogen hohen spezifischen Festigkeiten verwendet sind. Eine solche Turbinenschaufel weist dabei einen Schaufelfuß auf, mit dem die Turbinenschaufel an einer zum Beispiel aus Stahl bestehenden Turbinenwelle einer betreffenden Turbine befestigt ist. Die Turbinenwelle wiederum weist für den Schaufel¬ fuß der Turbinenschaufel eine Nut auf, in die der Schaufelfuß der Turbinenschaufel nach einer Montage der Turbinenschaufel an die betreffende Turbinenwelle montiert ist.
Die Tragfähigkeit von Schaufelfüßen aus Faserverbundwerkstof¬ fen wird jedoch häufig durch Spannungsüberhöhungen an Stellen des Schaufelfußes, an denen sich der Schaufelfuß an entspre¬ chenden Wandabschnitten der Nut der Turbinenwelle im montierten Zustand abstützt, infolge von auftretenden Punkt- und Li¬ nienbelastungen herabgesetzt. Diese lokalen Belastungen des Schaufelfußes ergeben sich aus Form- und Lagedifferenzen zwischen dem Schaufelfuß der Turbinenschaufel und den betreffen¬ den Wandabschnitten in der Nut der Turbinenwelle, in der der Schaufelfuß verankert ist. Die Stellen des Schaufelfußes, die sich an entsprechenden
Wandabschnitten der Nut der Turbinenwelle abstützen, können dabei als Flanken ausgebildet sein, durch die eine erhöhte Haltekraft des Schaufelfußes in der Nut der Turbinenwelle er¬ zielt ist. Die Flanken wiederum können Teil beispielsweise einer Tannenform sein, die der Schaufelfuß hat und mit der der Schaufelfuß in eine zugehörige Nut der Turbinenwelle, die eine entsprechende Gegenform zur Tannenform des Schaufelfußes hat, einzuschrauben ist. In Dampf- oder stationären Gasturbinenanlagen, nachfolgend auch nur kurz als Dampf- oder Gasturbinen bezeichnet, werden derzeit ausschließlich metallische Turbinenschaufeln eingesetzt. Hier treten ebenfalls Differenzen bei Form und Lage des Schaufelfußes einer Turbinenschaufel und der betreffenden zugeordneten Nut einer Turbinenwelle auf. Um dabei die aus den Punkt- und Linienbelastungen resultierenden Spannungsüberhöhungen möglichst gering zu halten, werden immense Aufwände bei der Fuß- und Nutbearbeitung der Turbinenschaufel und der Turbinenwelle betrieben.
Bei der Montage der Turbinenschaufel an eine zugehörige Tur¬ binenwelle wird ein Schaufelfuß der Turbinenschaufel in eine zur Form des Schaufelfußes eine entsprechende Gegenform auf¬ weisende Nut der Turbinenwelle eingefügt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einer Turbinenschaufel, einer Turbinenwelle und einer Turbinen¬ anlage jeweils der eingangs genannten Art, die Turbinenschau- fei, die Turbinenwelle und die Turbinenanlage in der Weise technisch zu verbessern, dass die Tragfähigkeit eines aus Fa¬ serverbundwerkstoff bestehenden Schaufelfußes einer Turbinen¬ schaufel, die mit dem Schaufelfuß in einer Nut einer Turbi- nenwelle einer Turbine montiert ist, durch Verringerung von Spannungsüberhöhungen an Stellen des Schaufelfußes, an denen sich der Schaufelfuß an entsprechenden Wandabschnitten der Nut der Turbinenwelle abstützt, erhöht ist und damit die Le¬ bensdauer der Turbinenschaufel, der Turbinenwelle und der Turbinenanlage verlängert ist.
Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, dieses Verfahren in der Weise technisch zu verbessern, dass damit die Lebensdauer der Turbinenschaufel und damit eine Turbinenwelle mit einer solchen Turbinenschaufel und eine Turbinenanlage mit einer Turbinenwelle mit einer solchen Turbinenschaufel erhöht ist. Bezüglich der Turbinenschaufel ist die Aufgabe durch eine
Turbinenschaufel gelöst, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist. Bezüglich der Turbinenwelle ist die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Turbinenwelle ge¬ löst, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des An- spruchs 6 aufweist. Bezüglich der Turbinenanlage ist die Auf¬ gabe erfindungsgemäß durch eine Turbinenanlage gelöst, die die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 auf¬ weist. Bezüglich des Verfahrens ist die Aufgabe erfindungsge¬ mäß durch ein Verfahren gelöst, das den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 15 angegebenen Verfahrensschritt aufweist.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass die Tragfähigkeit eines aus Faserverbundwerkstoff bestehenden Schaufelfußes einer Turbinenschaufel durch Verringerung von Spannungsüberhöhungen an kritischen Stellen in einer Nut einer Turbinenwelle, in der sich der Schaufelfuß in einem montierten Zustand abstützt, erhöht wird, wodurch sich gleich- zeitig die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel, der Turbinenwelle und der Turbinenanlage verlängert.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Flächen eines betreffenden Schaufelfußes möglichst genau an die Flächen ei ner betreffenden, als Montageort dienenden Nut einer betref fenden Turbinenwelle angepasst. Dadurch werden Spannungsüber höhungen in Folge von Punkt- und Linienbelastungen deutlich verringert. Dies steigert die Tragfähigkeit des Faserverbund fußes erheblich und verlängert damit die Lebensdauer von betreffenden Turbinenschaufeln, Turbinenwellen und Turbinenanlagen. Durch Erwärmen des aus Faserverbundwerkstoff beste¬ henden Schaufelfußes wird die begrenzte Formbarkeit der im Allgemeinen duromeren Matrixsysteme im Faserverbundwerkstoff für die Anformung an bestehende Geometrien ausgenutzt.
Die erfindungsgemäße Turbinenwelle weist wenigstens eine ein zige erfindungsgemäße Turbinenschaufel auf, wodurch die Vor¬ teile der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel auf die Turbi¬ nenwelle übergehen.
Die erfindungsgemäße Turbinenanlage weist wenigstens eine einzige erfindungsgemäße Turbinenwelle auf, wodurch die Vor¬ teile der erfindungsgemäßen Turbinenwelle auf die Turbinenan läge übergehen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schaufelfuß einer aus Faserverbundwerkstoff gefertigten Turbinenschaufel bei der Montage, das heißt, unmittelbar vor, während oder nach dem Einfügen des Schaufelfußes in die Nut der Turbinenwelle, an der Turbinenwelle durch eine von einer Heizvorkehrung bewirkte Wärmeeinwirkung und infolge dieser Wärmeeinwir kung durch eine Selbstanpassung in der Passform besonders fein an die Form der Nut der Turbinenwelle angeglichen. Im Ergebnis werden dadurch die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Danach weist die erfindungsgemäße Turbinenschaufel Flanken auf, die mit durch Wärmeeinwirkung plastisch verformbaren Elementen bestückt sind.
Die Flanken ermöglichen je nach einer Ausgestaltung eine entsprechend verstärkte Befestigung in der Nut der Turbinenwel- le . Die durch Wärmeeinwirkung plastisch verformbaren Elemente unterbinden bei einer entsprechenden Wahl aufgrund ihrer geringen Steifigkeit die Induzierung extremer Spannungsüberhö¬ hungen und schützen die Faserverbundstruktur des Schaufelfußes vor Temperaturüberhöhungen, beispielsweise infolge einer Mikroreibung zwischen dem Schaufelfuß und der Nut, in der der Schaufelfuß montiert ist.
Die unter Wärmeeinwirkung plastisch verformbaren Elemente helfen, die Flächen von Schaufelfuß und Nut aneinander anzu- passen, und zwar dadurch, dass auch sie sich bei Wärmeeinwirkung an die vorhandenen Geometrien anpassen.
Für die plastisch verformbaren Elemente sind verstärkte oder unverstärkte Thermoplaste verwendbar. Sie können mit Materi- alstreifen mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm realisiert sein.
Die für die Wärmeeinwirkung auf den Schaufelfuß einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel eingesetzte Heizvorkehrung kann im Schaufelfuß selbst integriert sein. Sie kann aber auch au¬ ßerhalb des Schaufelfußes angeordnet sein. Beispielsweise kann sie in einer betreffenden Turbinenwelle integriert oder sowohl außerhalb des Schaufelfußes als auch außerhalb der Turbinenwelle angeordnet sein. Sie kann durch Heizstrahler oder Ähnliches gebildet sein. Weiter kann die Heizvorkehrung in der Weise konzipiert sein, dass ihre Wirkung auf dem phy¬ sikalischen Prinzip von Mikroreibung oder Mikrowelle basiert. Eine Turbinenwelle kann nach wie vor aus Stahl gefertigt sein .
Die besagte Heizvorkehrung kann auch in der Turbinenwelle in- tegriert sein.
Die Turbinenanlage kann eine Gas- oder Dampfturbinenanlage sein . Um die Temperatureinwirkung auf die erfindungsgemäße Turbi¬ nenschaufel beziehungsweise erfindungsgemäße Turbinenwelle in Grenzen zu halten, kann bei einer mehrstufigen Turbinenanlage wenigstens die letzte, das heißt, hinterste Turbinenstufe, die in der Regel die kühlste Turbinenstufe ist, mit erfin- dungsgemäßen Turbinenschaufeln beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Turbinenwelle bestückt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Turbinenanlage kann die betreffende Heizvorkehrung abseits von einem betreffenden Schaufelfuß ei- ner betreffenden Turbinenschaufel vorgesehen sein.
Insbesondere kann die betreffende Heizvorkehrung abseits ei¬ ner betreffenden Turbinenwelle angeordnet sein. Dabei kann die Heizvorkehrung in der Weise konzipiert sein, dass ihre Wirkung auf dem physikalischen Prinzip von Mikro- reibung zwischen einer betreffenden Turbinenschaufel und einer betreffenden Turbinenwelle mit dieser Turbinenschaufel oder gemäß dem von Mikrowellen basiert.
Auch bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Montage der betreffenden Turbinenschaufel an die betreffende Turbinenwelle wird die Wärmeeinwirkung gemäß dem physikali¬ schen Prinzip von Mikroreibung zwischen der Turbinenschaufel und der Turbinenwelle oder gemäß dem von Mikrowellen bewirkt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur in teilweiser Schnittdarstel¬ lung einen Bereich, in dem eine Turbinenschaufel 1 an einer Turbinenwelle 2 montiert ist. Die Turbinenwelle 2 ist dabei in Schnittdarstellung gezeigt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Turbinenschaufel 1 aus verstärktem Faserverbundwerkstoff rea¬ lisiert .
Die Montage der Turbinenschaufel 1 an der Turbinenwelle 2 er¬ folgt, indem der Schaufelfuß 3 der Turbinenschaufel 1 in die Nut 4 der Turbinenwelle 2 montiert wird. Gemäß dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Schaufelfuß 3 eine Tannenform, mit der der Schaufelfuß 3 und damit die Turbinenschaufel 1 in eine entsprechend gegen ge¬ formte Nut 4 der Turbinenwelle 2 eingesetzt beziehungsweise eingefügt wird. Andere Passformen als eine Tannenpassform sind aber ebenfalls denkbar.
Unabhängig von der Passform zwischen dem Schaufelfuß 3 und der Nut 4 weist der Schaufelfuß 3 stets in irgendwelcher Form Flanken 5 auf, über die sich der Schaufelfuß 3 an entspre- chenden Wandabschnitten 6 der Nut 4 im montierten Zustand abstützt .
Gemäß der vorliegenden Figur sind die besagten Flanken 5 Teil der Tannenform des Schaufelfußes 3.
Zur Vereinfachung der Figur sind in der Figur die Flanken 5 und die Wandabschnitte 6 nur jeweils einmal gekennzeichnet.
Zur Verbesserung der Befestigung des Schaufelfußes 3 in der Nut 4 der Turbinenwelle 2 ist in der Nut 4 gemäß dem vorlie¬ genden Ausführungsbeispiel eine Druckfeder 7 vorgesehen, durch die der Schaufelfuß 3 spielfrei mit den Flanken 5 an die den Flanken 5 gegenüberliegend angeordneten Wandabschnit¬ te 6 der Nut 4 angedrückt ist.
Der in der Figur gezeigten Anordnung aus Schaufelfuß 3 einer Turbinenschaufel 1 und Nut 4 einer Turbinenwelle 2, wobei der Schaufelfuß 3 in der Nut 4 montiert ist, ist eine Heizvorkeh¬ rung 8 zugeordnet, die in der Figur nur ganz allgemein dargestellt ist. Die Heizvorkehrung 8 kann sowohl an verschiedenen Stellen der Anordnung platziert sein, als auch nach unterschiedlichen Wärmeerzeugungsprinzipen konzipiert sein. Im Ergebnis wirkt die von der Heizvorkehrung 8 erzeugte Wärme auf den Schaufel¬ fuß 3 der Turbinenschaufel 1 und erzeugt beim Schaufelfuß 3 durch entsprechende plastische Formselbstanpassung eine be¬ sonders fein an die Form der Nut 4 angepasste Passform.
Wie die Figur zeigt, sind die Flanken 5 des Schaufelfußes 3 mit durch Wärmeeinwirkung plastisch verformbaren Elementen 9 bestückt, durch die unter anderem bei Wärmeeinwirkung durch die besagte Heizvorkehrung eine weitere plastische Anpassung der Form des Schaufelfußes 3 der Turbinenschaufel 1 an die Form der Nut 4 der Turbinenwelle 2 bewerkstelligt ist. Zur Vereinfachung der Figur sind in der Figur die Elemente 9, wie schon zuvor die Flanken 5 und die Wandabschnitte 6, nur jeweils einmal gekennzeichnet.
Die in der Figur gezeigte Turbinenschaufel 1 und Turbinenwel- le 2 sind Teil einer Turbinenanlage, die in der Figur nicht näher dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenschaufel aus faserverstärktem Verbundwerkstoff, aufweisend einen Schaufelfuß als ein Verbindungselement zu einer Turbinenwelle mit Nut zur Aufnahme des Schaufelfußes im montierten Zustand der Turbinenschaufel an der Turbinenwelle, dadurch ge kenn ze i chnet , dass der Schaufelfuß (3) eine besonders fein an die Form der Nut (4) der Turbinenwelle (2) angepasste Passform infolge einer bei der Montage an der Turbinenwelle (2) durch eine Heizvorkehrung (8) auf den
Schaufelfuß (3) bewirkte Wärmeeinwirkung und davon infolge einer Formselbstanpassung an die Form der Nut (4) der Turbinenwelle (2) hat.
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch ge kennze i chnet , dass der Schaufelfuß (3) Flanken (5) aufweist für ein Abstützen des Schaufelfußes (3) im montierten Zustand an der Turbinenwelle (2) an entsprechenden Wandabschnitten (6) der Nut (4) der Turbinenwelle (2), und dass die Flanken (5) mit durch Wärmeeinwirkung plastisch verformbaren Elementen (9) bestückt sind.
3. Turbinenschaufel nach Anspruch 2, dadurch ge kennze i chnet , dass die plastisch verformbaren Elemente (9) verstärkte oder unverstärkte Thermoplaste sind.
4. Turbinenschaufel nach Anspruch 3, dadurch ge kennze i chnet , dass die plastisch verformbaren Elemente (9) Materialstreifen mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,2 mm sind.
5. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da¬ durch ge kennze ichnet , dass die Heizvorkehrung (8) im Schaufelfuß (3) integriert ist.
6. Turbinenwelle einer Turbinenanlage, aufweisend wenigstens eine einzige Nut für wenigstens eine einzige Turbinenschaufel mit Schaufelfuß, der im montierten Zustand der wenigstens einzigen Turbinenschaufel an der Turbinenwelle in der wenigs¬ tens einzigen Nut der Turbinenwelle montiert ist, dadurch ge kennze ichnet , dass wenigstens eine einzige der Turbinenschaufeln (1) der Turbinenwelle (2) eine Turbinen- schaufei (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.
7. Turbinenwelle nach Anspruch 6, dadurch ge kennze i chnet , dass die Heizvorkehrung (8) in der Turbinenwelle (2) integriert ist.
8. Turbinenanlage mit wenigstens einer einzigen Turbinenwel¬ le, dadurch ge kenn ze ichnet , dass wenigstens eine einzige der Turbinenwellen (2) der Turbinenanlage eine Turbi¬ nenwelle (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ist.
9. Turbinenanlage nach Anspruch 8, dadurch ge kennze i chnet , dass wenigstens eine einzige Turbinenwelle (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 eine Turbinenwelle (2) aus Stahl ist.
10. Turbinenanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge ¬ kennze ichnet , dass die Turbinenanlage eine Gas- oder Dampfturbinenanlage ist.
11. Turbinenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da¬ durch ge kennze ichnet , dass eine als eine letzte Turbinenwelle (2) angeordnete Turbinenwelle (2) der Turbinen¬ anlage eine Turbinenwelle (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 ist .
12. Turbinenanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da¬ durch ge kennze ichnet , dass eine Heizvorkehrung (8) abseits von einem Schaufelfuß (3) einer Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Bewerkstelligung der Wärmeeinwirkung auf den Schaufelfuß (3) der Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist.
13. Turbinenanlage nach Anspruch 12, dadurch ge kennze i chnet , dass die Heizvorkehrung (8) abseits einer Tur¬ binenwelle (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 angeordnet ist .
14. Turbinenanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennze ichnet , dass die Heizvorkehrung (8) in der Weise konzipiert ist, dass ihre Wirkung auf dem physikali¬ schen Prinzip von Mikroreibung zwischen einer Turbinenschau- fei (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einer Turbinenwelle (2) mit dieser Turbinenschaufel (1) oder gemäß dem von Mikrowellen basiert.
15. Verfahren zur Montage einer Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 an einer einer Turbinenanlage zugehöri¬ gen Turbinenwelle mit Nut zur Aufnahme des Schaufelfußes der Turbinenschaufel, in die der Schaufelfuß zur Montage der Tur¬ binenschaufel an der Turbinenwelle eingefügt wird, da¬ durch ge kennze ichnet , dass der Schaufelfuß (3) der Turbinenschaufel (1) bei der Montage der Turbinenschaufel (1) an der Turbinenwelle (2) durch eine von einer Heizvorkehrung (8) bewirkte Wärmeeinwirkung und davon infolge einer Selbstanpassung in der Passform besonders fein an die Form der Nut (4) der Turbinenwelle (2) angepasst wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennze i chnet , dass die Wärmeeinwirkung gemäß dem physikali¬ schen Prinzip von Mikroreibung zwischen der Turbinenschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und der Turbinenwelle (2) mit dieser Turbinenschaufel (1) oder gemäß dem von Mikro¬ wellen bewirkt wird.
PCT/EP2010/062940 2009-09-30 2010-09-03 Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel WO2011039029A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/498,921 US20120183409A1 (en) 2009-09-30 2010-09-03 Turbine blade, turbine shaft, turbine system and method for installing the turbine blade
EP10752767A EP2483528A2 (de) 2009-09-30 2010-09-03 Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009047799.3 2009-09-30
DE102009047799.3A DE102009047799B4 (de) 2009-09-30 2009-09-30 Turbinenschaufel, Turbinenwelle, Turbinenanlage und Verfahren zur Montage der Turbinenschaufel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011039029A2 true WO2011039029A2 (de) 2011-04-07
WO2011039029A3 WO2011039029A3 (de) 2011-11-10

Family

ID=43705607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/062940 WO2011039029A2 (de) 2009-09-30 2010-09-03 Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120183409A1 (de)
EP (1) EP2483528A2 (de)
DE (1) DE102009047799B4 (de)
WO (1) WO2011039029A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130333173A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Blade root spring insertion jig and insertion method of blade root spring

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1251338B (de) * 1962-12-14 1967-10-05 Aktiengesellschaft Brown, Boveri &. Cie , Baden (Schweiz) Verfahren zum Befestigen von Schaufeln in Turbmenlaufern
DE2108176A1 (de) * 1971-02-20 1972-08-31 Motoren Turbinen Union Befestigung von keramischen Turbinenschaufeln
GB1328167A (en) * 1971-06-18 1973-08-30 Rolls Royce Rotor blade for a gas turbine engine
US4031601A (en) * 1975-02-11 1977-06-28 Dayton Scale Model Company Method of fabricating and mounting a fiberglass fan blade
US4790723A (en) * 1987-01-12 1988-12-13 Westinghouse Electric Corp. Process for securing a turbine blade
US4820127A (en) * 1988-01-29 1989-04-11 Westinghouse Electric Corp. Blade support and blade assembly
US4820126A (en) * 1988-02-22 1989-04-11 Westinghouse Electric Corp. Turbomachine rotor assembly having reduced stress concentrations
US5087174A (en) * 1990-01-22 1992-02-11 Westinghouse Electric Corp. Temperature activated expanding mineral shim
GB2271816B (en) * 1992-10-23 1995-07-05 Rolls Royce Plc Linear friction welding of blades
US6022194A (en) * 1997-06-18 2000-02-08 Siemens Westinghouse Power Corporation Linear priction welding of steeples and device thereof
US7300255B2 (en) * 2002-09-27 2007-11-27 Florida Turbine Technologies, Inc. Laminated turbomachine airfoil with jacket and method of making the airfoil
DE102006049818A1 (de) * 2006-10-18 2008-04-24 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Fanschaufel aus Textilverbundwerkstoff

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009047799B4 (de) 2015-05-28
WO2011039029A3 (de) 2011-11-10
EP2483528A2 (de) 2012-08-08
DE102009047799A1 (de) 2011-04-07
US20120183409A1 (en) 2012-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1843044B1 (de) Axialkompressor für ein Gasturbinentriebwerk
EP1914383B1 (de) Fanschaufel aus Textilverbundwerkstoff
EP1450006B1 (de) Verdichterschaufel für ein Flugzeugtriebwerk
EP1975405B1 (de) Verbindung von Bauteilen einer Windenergieanlage, Verwendung sowie Verfahren
EP1951991B1 (de) Turbinenschaufel für eine dampfturbine
EP2434144B1 (de) Rotorblatt oder Rotorblattsegment für eine Windenergieanlage
DE102007059220A1 (de) Leitschaufelkranz für thermische Strömungsmaschinen, insbesondere Flugtriebwerke
EP2238374B1 (de) Dichtungsanordnung mit einer bürstendichtung und verfahren zur montage einer bürstendichtung
EP2802748B1 (de) Strömungsmaschine mit schraubenkühlung
EP3034788A2 (de) Kompressorschaufel einer gasturbine
WO2016087214A1 (de) Turbinenlaufschaufel, zugehöriger rotor und strömungsmaschine
EP2483528A2 (de) Turbinenschaufel, turbinenwelle, turbinenanlage und verfahren zur montage der turbinenschaufel
WO2013144245A1 (de) Turbinenschaufel sowie zugehöriges verfahren zum herstellen einer turbinenschaufel
EP2526263A2 (de) Gehäusesystem für eine axialströmungsmaschine
EP2143884A1 (de) Radscheibe für eine Strömungsmaschine
DE102009007664A1 (de) Abdichtvorrichtung an dem Schaufelschaft einer Rotorstufe einer axialen Strömungsmaschine
EP2807342A1 (de) Modulare turbinenschaufel mit plattform
EP2436878B1 (de) Koppelbolzen für Turbinenschaufeln
EP2796665B1 (de) Abgasturbolader mit einer Welle aus unterschiedlichen Materialien
WO2017028912A1 (de) Gasturbinenschaufel oder verdichterschaufel mit anti-fretting-beschichtung im schaufelfussbereich und rotor
DE4445296C1 (de) Radial durchströmtes Laufrad für eine Strömungsmaschine
EP3025029A1 (de) Anordnung zur befestigung von turbinenschaufeln
DE102016111676A1 (de) Anlage zur Energieumwandlung aus strömenden Medien
DE102016110865B4 (de) Lauf- oder Leitvorrichtung für eine Strömungsmaschine
DE102009043096A1 (de) Laufschaufel für eine Dampfturbine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10752767

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010752767

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010752767

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13498921

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE