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1. WO2005054682 - ROTOR FÜR EINEN VERDICHTER

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

BESCHREIBUNG

ROTOR FÜR EINEN VERDICHTER

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft einen Rotor für einen Verdichter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ,

STAND DER TECHNIK

Rotoren von Hochdruck-Verdichtem, wie sie insbesondere in Gasturbinen eingesetzt werden, weisen in der Regel eine mehrstufige Beschaufelung auf, die in axialer Richtung hintereinander angeordnete Schaufelkränze umfasst. Jeder Schaufelkranz enthält eine Vielzahl von Laufschaufeln, die am Umfang des Rotors angeordnet und befestigt sind. Jede der Laufschaufeln sitzt mit einem
Schaufelfuss in einer Umfangsnut, die als Eindrehung in den Rotor ausgebildet ist. Ein solcher Rotor ist beispielsweise aus der Druckschrift DE-A1-196 15 549 bekannt.

Die Befestigung einer einzelnen Laufschaufel in einem Rotor nach dem Stand der Technik ist auch in Fig. 1 wiedergegeben: Die Laufschaufel 15 umfasst ein radial nach aussen abstehendes Schaufelblatt 21 und einen Schaufelfuss16, die durch eine Plattform 18 voneinander getrennt sind. Die Laufschaufel 15 ist mit dem Schaufelfuss 16 im Rotor 10 befestigt. Zur Befestigung der Laufschaufeln ist eine Umfangsnut in Form einer Eindrehung 11 vorgesehen, die eine Eindrehtiefe T hat. Innerhalb der Eindrehung 11 sind an den Seitenwänden Schultern 14 mit einer Schultertiefe A ausgebildet. Der Schaufelfuss 16 weist ein sich verbreiterndes Unterteil 17 mit einer Querschnittskontur in Form eines auf dem Kopf stehenden „T" auf, mit dem es hinter die Schultern 14 der Eindrehung 11 greift. Die bei Drehung des Rotors 10 auf die Laufschaufel 15 wirkende Fliehkraft wird dabei über Anpressflächen 13 auf die Schultern 14 der Eindrehung 11 übertragen.

Um die mechanische Festigkeit des Rotors durch die Eindrehungen 11 für die Laufschaufeln möglichst wenig zu schwächen, werden die Eindrehungen 11 im Stand der Technik mit einer minimalen Eindrehtiefe T=Tmin ausgeführt. Diese minimale Eindrehtiefe Tmin ermöglicht eine Schultertiefe A der Schulter 14, die gerade ausreicht, um unter den vorherrschenden extremen Betriebsbedingungen (hohe Drehzahlen, Temperaturen bis zu 500°C) und den Eigenschaften des gewählten Rotormaterials eine ausreichende anfängliche Festigkeit des Rotors 10 im Bereich der Schultern 14 zu ermöglichen.

Es hat sich nun jedoch in der Praxis herausgestellt, dass die Verwendung einer Eindrehung mit der minimalen Eindrehtiefe Tmin dazu führen kann, dass der Rotor 10 im Bereich der Eindrehung 11 über die zulässigen Festigkeitsgrenzen hinaus beansprucht wird, was zu einer Reduktion der Rotor-Lebensdauer führen kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rotor für einen Verdichter zu schaffen, der dieses Lebensdauerproblem beseitigt.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Eindrehtiefe der Eindrehung
vorzusehen, die wesentlich grosser ist als die minimale Eindrehtiefe.

Bevorzugt soll die Eindrehtiefe mehr als 10% grosser sein als die minimale
Eindrehtiefe. Besonders bewährt hat es sich, wenn die Eindrehtiefe etwa 40% grosser ist als die minimale Eindrehtiefe.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln einen der Eindrehtiefe angepassten Schaufelfuss aufweisen, und dass zur Gewichtsreduktion im Schaufelfuss Ausnehmungen vorgesehen sind. Hierdurch lassen sich Gewichtszunahmen der Laufschaufel aufgrund des verlängerten Schaufelfusses kompensieren und die beim Betrieb auftretenden Kräfte verringern.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Ausgestaltung ist im Schaufelfuss oberhalb des Unterteils eine Ausnehmung in Form eines in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss hindurchgehenden Loches vorgesehen, wobei das Loch insbesondere als sich in radialer Richtung erstreckendes Langloch ausgebildet ist.

Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn auf der Unterseite des Unterteils des Schaufelfusses zur Gewichtsreduktion Ausnehmungen vorgesehen sind.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im
Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 in einem ausschnittweise dargestellten Längsschnitt die
Befestigung einer Laufschaufel im Rotor eines Hochdruck- Verdichters nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein
Ausführungsbeispiel für eine Laufschaufelbefestigung nach der
Erfindung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Rotor 20 die Laufschaufel 25 mit dem Schaufelblatt 22, der Plattform 28 und dem
Schaufelfuss 26 mittels einer Eindrehung 21 befestigt. In der Eindrehung 21 sind auch hier wieder seitliche Schultern 24 ausgebildet, hinter die der Schaufelfuss 26 mit seinem verbreiterten Unterteil 27 greift und sich beim Auftreten von
Fliehkräften an den Anpressflächen 23 abstützt.

Um die dabei entstehende Belastung der Schultern 24 besser auffangen zu können und damit die durch Festigkeitsprobleme bedingte
Lebensdauerbegrenzung zu beseitigen, wird die Eindrehung 21 nun mit einer

Eindrehtiefe T ausgeführt, die wesentlich, insbesondere mehr als 10%, grosser ist als die im Stand der Technik verwendete minimale Eindrehtiefe Tmin. Hierdurch ist es möglich, die Schultertiefe der Schultern 24 auf einen Wert B zu bringen, der wesentlich grosser ist als die Schultertiefe A bei der vorbekannten Befestigung gemäss Fig. 1. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die Eindrehtiefe T etwa 40% grosser als die minimale Eindrehtiefe Tmin, was sich in der Praxis bewährt hat.

Mit der Erhöhung der Eindrehtiefe T und der Schultertiefe B vergrössert sich auch die Höhe des Schaufelfusses 26. Durch die Verlängerung des Schaufelfusses 26 erhöht sich zwangsläufig auch das Schaufelgewicht, was zu erhöhten Fliehkräften und damit zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung des Rotors 20 führen würde. Es ist daher besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil des durch die Verlängerung verursachten Gewichtszuwachses durch geeignete Massnahmen wieder beseitigt wird. Die Massnahmen bestehen darin, an der Laufschaufel 25 im Bereich des Schaufelfusses 26 an für die mechanische Festigkeit unkritischen Stellen durch das Vorsehen von Ausnehmungen Material einzusparen. Eine erste bevorzugte Art der Ausnehmung ist ein Langloch 19, dass in Umfangsrichtung durch den Schaufelfuss 26 hindurchgeht und sich in radialer Richtung erstreckt. Das Langloch 19 ist dabei im schlanken Abschnitt des Schaufelfusses 26 angeordnet und befindet sich in der Mitte zwischen den beiden Schultern 24. Eine zweite bevorzugte Art der Ausnehmung sind randseitige, gerundete Vertiefungen 29 auf der Unterseite des Unterteils 27 des Schaufelfusses 26. Beide Arten von Ausnehmungen 19, 29 können wahlweise einzeln oder miteinander kombiniert werden, um die gewünschte Gewichtsreduktion durch Materialeinsparung zu verwirklichen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10,20 Rotor
11,21 Eindrehung (Umfangsnut)

12,22 Schaufelblatt
13,23 Anpressfläche
14,24 Schulter
15,25 Laufschaufel
16,26 Schaufelfuss
17,27 Unterteil (Schaufelfuss)

18,28 Plattform
19 Langloch
29 Vertiefung
A, B Schultertiefe
' min minimale Eindrehtiefe

T Eindrehtiefe