WO2019211091A1 - Rotor mit fliehkraft-optimierten kontaktflächen - Google Patents

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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Definitions

  • the invention relates to a rotor having a rotor disk and a plurality of circumferentially mounted on the rotor disk Ro torbau kind, wherein the rotor disk has a white axis to the rotor shaft transmitting surface and the respective rotor component has a support surface complementary to the support surface.
  • EP 1944471 Bl shows a rotor with egg ner rotor disk on which a plurality of sealing elements is arranged on one end face.
  • the rotor disc distributed in the circumference on a plurality of blade retaining grooves, which are intended to receive Laufschaufein.
  • the sealing elements are based here under the action of centrifugal force during rotation of the rotor un indirectly on pointing to the rotor axis end of the sealing elements on the rotor disk.
  • the rotor disc has a circumferential axially extending in front of the front Before jump, on each of which a toral on the sealing element for Ro extends extending fastening paragraph.
  • a support surface facing the rotor axis is almost compulsorily formed on the projection of the rotor disk by a rotation surface rotating about the rotor axis.
  • the voltage applied to the support surface retaining surface of the fastening paragraph is in principle carried out complementary to the support surface with matching radius.
  • Object of the present invention is therefore to realize a connec tion of rotor components on a rotor disk with large centrifugal forces occurring, with a pos as uniform as possible compression in the support of the rotor is partly to strive for.
  • the generic rotor is used in particular for use in a gas turbine. However, the embodiment can also be applied to other types of rotors, such as steam turbines. be used. At least the rotor has at least one rotor disk on which distributed over the circumference of a plurality of rotor components are arranged. The rotor defines here at a rotor axis and thus an axial direction.
  • the rotor disk has a circumferential, axially extending fastening shoulder.
  • the umlau fende mounting shoulder on the side facing the rotor axis forms a support surface.
  • the support surface is a rotating surface revolving around the rotor axis. Viewed in axi aler direction, the support surface extends over that length on which a system of the rotor component is given at the attachment paragraph.
  • the support surface at a respective respective axial position on a certain support radius as a distance from the rotor axis.
  • Support radius of the support surface are defined, as that radius which is given in the middle of the support surface in the axial direction Rich.
  • the rotor components each have a circumferentially and the rotor disk axially extending Hal teabsatz, which is arranged on the rotor axis facing side un below the mounting paragraph of.
  • the holding paragraph has a support surface complementary to Hal te Chemistry. Analogous to the support surface is also the holding surface as a portion of a rotation surface. Accordingly, defines the holding surface as that surface of the holding paragraph, which comes to the attachment paragraph of the rotor disk to the plant.
  • the holding surface as a rotation surface here has a holding radius analogously to a respective axial position. Furthermore, a mean holding radius of the holding surface can be determined, which is given in the middle of the holding surface in the axial direction.
  • the centrifugal forces that occur in the rotor component can thus at least proportionally exceed the holding shoulder in FIG the plant of the holding surface on the support surface on the BEFE t Trentsabthesis be transferred.
  • the Ro door component receives a horriouslyi horrre by the rotor component breakthrough.
  • the breakthrough is radially outside of the holding shoulder, ie thus also the holding surface to be arranged.
  • the width at the same radial position is the width at the same radial position.
  • the inventive design of the rotor component with a holding radius which is chosen slightly smaller than the support radius, introducing the breakthrough leads in combination to the particular advantage of the high load capacity of the inventive compound between the holding paragraph and the attachment paragraph.
  • the breakthrough allows a strong deformation of the rotor component and on the other hand, the deformation is compensated by the different Ra dien of support surface and support surface. This results in the result that a more even investment of the support surface to the holding surface with uniform pressure clamping voltages can be achieved compared to the attempt without breaking through a suitable geometry to determine.
  • the width of the aperture corresponding to approximately half the width of the rotor component is achieved particularly advantageously when the aperture extends over at least 0.4 times the width of the rotor component in the circumferential direction. It is particularly advantageous here, if the breakthrough over a maximum of 0.6 times the width of the rotor component he stretches.
  • an advantageous stress distribution is achieved when the aperture increases with increasing radius.
  • the two circumferentially opposite sides form an angle of approximately 45 °.
  • the width should not increase too abruptly.
  • the support surface and the complementary support surface can be viewed differently when viewed in longitudinal section. In the simplest case, they are each cylindrical surfaces. This facilitates the production and ensures a defi ned position of the components relative to each other.
  • a disadvantage of this design is the distribution of stress in Be fastening paragraph and the holding paragraph. Furthermore, it is unimaginably, the support surface and the complementary support surface convex or (along the axial direction) curve-shaped. The disadvantage in this case, however, the production of WING chen adherence to the lowest tolerances. Therefore, it has been found to be particularly advantageous if the Stützflä surface and the complementary support surface gelgel Formation as a portion of a Ke, i. be made conical.
  • the Publ opening angle of the defining cone between 30 ° and 90 ° be wearing. That is, the angle between the support surface or the Hal te Chemistry and the rotor axis is advantageously between 15 ° and 45 °. Particularly advantageous is the design of the connec t Materialssabsatzes with the support surface and the holding paragraph with the holding surface, if an opening angle of at least 45 ° is selected. Furthermore, it is particularly advantageous if the opening angle is a maximum of 75 °.
  • the distance from the Garab set for breakthrough in relation to the width of the remaining bridge is not too large next to the breakthrough.
  • the distance from the support surface to the breakthrough in the radial direction is not greater than the land width. Be particularly advantageous if the radial distance between the 0.25 times and 0.75 times the web width is.
  • Breakthrough can be applied particularly advantageous if the rotor component has a substantially flat in the circumferential direction and radially extending shape.
  • the tensile stresses in this case are at least twice as large as the bending stresses.
  • the holding paragraph extends wesent union in the axial direction.
  • the rotor component can support GE gen undergraduate adjuvantod to the holding shoulder with an inner, pointing to the rotor edge portion of the rotor.
  • the rotor disk optionally has a circumferential annular projection which is spaced from an end face of the rotor disk or from the fastening shoulder.
  • the corresponding annular projection is arranged on a rotor disc adjacent to the second rotor disc.
  • the embodiment of the invention is particularly advantageously in a rotor disk on which a number of circumferentially distributed distributed blades can be mounted.
  • the rotor disk in the periphery ver shares a plurality of the rotor disk axially penetrating blade retaining grooves.
  • the blade retaining grooves are at least partially covered on one end face of the rotor disk by the rotor components distributed around the circumference.
  • FIG. 1 shows schematically in a longitudinal section through the rotor axis through the rotor disk 01 and the rotor component 11 in the region of the connection between the rotor component 11 and the rotor disk 01.
  • the rotor disk 01 in this case has a fastening shoulder 04, which extends in the circumferential direction and in the axial direction and has a supporting surface 05 on the side facing the rotor axis having.
  • the support surface 05 is slightly inclined and slightly convex executed sketched.
  • a conical shape of the support surface can be selected as a simple taugli surface shape who the.
  • the rotor disk 01 spaced from Be fastening heels paragraph 04 a circumferential, radially outwardly extending annular projection 07.
  • an encircling groove is formed below the fastening shoulder 04 and behind the annular projection 07 in this exemplary embodiment.
  • the rotor component 11, which is fastened to the rotor disk 01, can also be seen.
  • the holding Ab sets 14 a holding surface 15, which 15 is arranged on the radially outwardly facing side.
  • the support surface 15 and the support surface 05 are complementary zueinan listed.
  • the retaining shoulder 14 is arranged near the end of the rotor component 11 pointing towards the rotor axis, an inner edge portion 17 being located at the end on the side facing the rotor axis. This 17 is in this case axially against the annular projection 07 of the rotor disk 01.
  • the support surface 05 and of the holding surface 15 which, viewed in the axial direction, abut each other over a contact width 10. That is, those surfaces of the attachment paragraph 04 or of the holding shoulder 14 which adjoin one another via the support width 10 abutment be regarded as a support surface 05 and the Hal te Chemistry 15.
  • the support surface 05 has a support radius 06 as a rotation surface about the rotor axis.
  • the holding surface 15 of the rotor component 11 also executed as a portion of a rotation surface has a holding radius 16 accordingly. For each counter-transfer of the support radius 06 and the holding radius 16 is determined at the same axial position. Significant importance Be it now that the holding radius 16 is smaller than the support radius 06 and thus the axis of rotation of Garflä surface 15 is positioned at a distance from the rotor axis.
  • the rotor component 11 has as essential for the solution a rotor component 11 in the axial direction by urgent opening 12.
  • This 12 is arranged radially outside of the holding shoulder 14.
  • the opening 12 is arranged in a certain average distance 23 in ra dialer direction of the center of the support surface 15.
  • FIG. 2 outlines the arrangement with the rotor disk 01 and the rotor member 11 in a section transverse to the rotor axis through the attachment paragraph 04 and the holding paragraph 14, viewed in the direction of the rotor disk 01 pioneering.
  • the rotor component 11 with the inner edge portion 17, which 17 abuts axially on Ringvor jump 07.
  • Breakthrough 12 wherein on both sides of the opening 12 two webs remain on the rotor component.
  • the breakthrough 12 in turn contributes to the uniform contact between the support surface 15 and support surface 05 at.
  • the opening 12 has a width 22 in the circumferential direction, which corresponds approximately to half the width 21 of the rotor component 11. According to the positioning of the aperture is advantageous to take into account that the radial distance 23 from the center of the support surface 15 to the opening 12 is not greater than the web width 24th
  • the aperture 12 widens with increasing radius.
  • the angle between the side edge of the opening in the circumferential direction and the radial center axis is about 20 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft den Rotor einer Gasturbine mit einer Rotorscheibe (01), an der über den Umfang verteilt eine Mehrzahl Rotorbauteile (11) angeordnet sind. Hierzu weist die Rotorscheibe (11) einen umlaufenden Befestigungsabsatz (04) mit einer Stützfläche (05) auf. An der Stützfläche (06) kommen jeweils Halteflächen (16) zur Anlage, welche jeweils von einem Halteabsatz (15) des jeweiligen Rotorbauteils (11) gebildet werden und komplementär zu der Stützfläche ausgebildet sind. Zur Optimierung der Auflagespannungen zwischen dem Halteabsatz (15) und dem Befestigungsabsatz (05) ist vorgesehen, dass die Haltefläche (16) einen kleineren Radius aufweist als die Stützfläche (06), nämlich dass der Halteradius mindestens dem 0.99-fachen und maximal dem 0.995-fachen des Stützradius entsprechen. Weiterhin ist ein sich axial erstreckender Durchbruch (12) im Rotorbauteil (11) vorgesehen, dessen Breite in Umfangsrichtung 25% bis 75% der Rotorbauteilbreite in Umfangsrichtung entspricht.

Description

Beschreibung
ROTOR MIT FLIEHKRAFT-OPTIMIERTEN KONTAKTFLÄCHEN
Die Erfindung betrifft einen Rotor mit einer Rotorscheibe und einer Mehrzahl im Umfang an der Rotorscheibe befestigten Ro torbauteilen, wobei die Rotorscheibe eine zur Rotorachse wei sende Stützfläche und das jeweilige Rotorbauteil eine zur Stützfläche komplementäre Haltefläche aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Möglichkeiten zur Anbringung von Rotorbauteilen an Rotorscheiben bekannt.
So zeigt beispielsweise die EP 1944471 Bl einen Rotor mit ei ner Rotorscheibe, an der an einer Stirnseite eine Mehrzahl von Dichtelementen angeordnet ist. Hierbei weist die Rotor scheibe im Umfang verteilt eine Mehrzahl Schaufelhaltenuten auf, welche zur Aufnahme von Laufschaufein bestimmt sind. Zur Abdeckung der Schaufelhaltenuten auf einer Stirnseite der Ro torscheibe befinden sich dort die im Umfang verteilt angeord neten Dichtelemente. Die Dichtelemente stützen sich hierbei unter Einwirkung von Fliehkraft bei Rotation des Rotors un mittelbar am zur Rotorachse weisenden Ende der Dichtelemente an der Rotorscheibe ab. Hierzu weist die Rotorscheibe einen umlaufenden sich axial vor der Stirnseite erstreckenden Vor sprung auf, an dem jeweils ein sich am Dichtelement zur Ro torscheibe erstreckender Befestigungsabsatz abstützt. Hierbei wird nahezu zwingend eine zur Rotorachse weisende Stützfläche am Vorsprung der Rotorscheibe von einer um die Rotorachse ro tierenden Rotationsfläche gebildet. Die an der Stützfläche anliegende Haltefläche des Befestigungsabsatzes wird grund sätzlich komplementär zur Stützfläche mit übereinstimmendem Radius ausgeführt.
Weitere analoge Ausführungen sind auch aus der EP 2344723 Bl, der EP 2414641 Bl, der EP 3077627 Bl, der EP 3090135 Bl, der EP 3129599, der EP 3129600, der EP 3167163 und der EP 3227532 bekannt, wobei weiterhin alternative Befestigungen an der Ro torscheibe in der der EP 2399004 Bl, der EP 2426315 Bl, der US 9109457 B2, der EP 3071795, der EP 3019706, der WO 2017174355 und der WO 2017174723 offenbart werden.
Wenngleich sich die Befestigung der Dichtelemente an der Ro torscheibe über die Anlage des Befestigungsabsatzes der Dich telemente am Haltevorsprung an den Rotorscheiben bewährt hat, so treten bei Strömungsmaschinen mit hohen Leistungen Belas tungen an dem Haltevorsprung und dem Befestigungsabsatz nahe den zulässigen Materialkennwerten auf.
Um eine gleichmäßige Anlage des Dichtelements an der Rotor scheibe zu bewirken wird in der US 4,304,523 vorgeschlagen, die Radien der Anlagefläche an der Rotorscheibe geringfügig größer auszuführen, als die Radien der komplementären Anlage fläche an den Dichtelementen. Aufgrund der Zentrifugalkraft würde sich eine vorteilhafte gleichmäßige Druckbelastung er geben. Zu berücksichtigen ist hierbei jedoch die abgewinkelte Gestalt der vorgeschlagenen Lösung, welche zu einer höheren Flexibilität führt. Sofern das Dichtelement jedoch relativ geradlinig ausgeführt ist, fehlt es an der notwendigen Flexi bilität, so dass ein gegenteiliger Effekt mit einer höheren Belastung in der Mitte des Bauteils ergeben kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befes tigung von Rotorbauteilen an einer Rotorscheibe bei großen auftretenden Fliehkräften zu realisieren, wobei eine mög lichst gleichmäßige Pressung in der Abstützung des Rotorbau teils anzustreben ist.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Aus führungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Ein er findungsgemäßes Rotorbauteil zur Verwendung bei einem erfin dungsgemäßen Rotor ist im Anspruch 10 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der gattungsgemäße Rotor dient insbesondere zur Verwendung bei einer Gasturbine. Die Ausführungsform kann jedoch ebenso bei anderen Arten von Rotoren, beispielsweise bei Dampfturbi- nen zum Einsatz kommen. Zumindest weist der Rotor zumindest eine Rotorscheibe auf, an der im Umfang verteilt eine Mehr zahl Rotorbauteile angeordnet sind. Der Rotor definiert hier bei eine Rotorachse und somit eine axiale Richtung.
Hierzu weist die Rotorscheibe einen umlaufenden, sich axial erstreckenden Befestigungsabsatz auf. Dabei bildet der umlau fende Befestigungsabsatz auf der zur Rotorachse weisenden Seite eine Stützfläche. Bei der Stützfläche handelt es sich um eine um die Rotorachse umlaufende Rotationsfläche. In axi aler Richtung betrachtet erstreckt sich die Stützfläche in über diejenige Länge, auf der eine Anlage des Rotorbauteils am Befestigungsabsatz gegeben ist. Entsprechend der Ausfüh rung als Rotationskörper weist die Stützfläche an einer je weiligen axialen Position einen bestimmten Stützradius als Abstand zur Rotorachse auf. Weiterhin kann ein mittlere
Stützradius der Stützfläche definiert werden, als derjenige Radius, welcher in der Mitte der Stützfläche in axialer Rich tung gegeben ist.
Demgegenüber besitzen die Rotorbauteile jeweils einen sich in Umfangsrichtung und zur Rotorscheibe axial erstreckenden Hal teabsatz, welcher auf der zur Rotorachse weisenden Seite un terhalb des Befestigungsabsatz des angeordnet ist. Dabei weist der Halteabsatz eine zur Stützfläche komplementäre Hal tefläche auf. Analog zur Stützfläche stellt sich ebenso die Haltefläche als Abschnitt einer Rotationsfläche dar. Entspre chend definiert sich die Haltefläche als diejenige Fläche des Halteabsatzes, welche am Befestigungsabsatz der Rotorscheibe zur Anlage kommt. Die Haltefläche als Rotationsfläche weist hierbei analog an einer jeweiligen axialen Position einen Halteradius auf. Weiterhin kann ein mittleren Halteradius der Haltefläche bestimmt werden, welcher in der Mitte der Halte fläche in axialer Richtung gegeben ist.
Bestimmungsgemäß können somit die im Rotorbauteil auftreten den Fliehkräfte zumindest anteilig über den Halteabsatz in der Anlage der Haltefläche an der Stützfläche auf den Befes tigungsabsatz übertragen werden.
Während im Stand der Technik üblicherweise die Haltefläche und die Stützfläche von einer übereinstimmenden Rotationsflä che gebildet werden und insofern der Halteradius und der Stützradius übereinstimmen, wird erfindungsgemäß nunmehr der Halteradius kleiner als der Stützradius ausgeführt. Dabei hat es sich hinsichtlich der Erzielung höchster Belastungsfähig keit gezeigt, dass ein Halteradius mit mindestens dem
0, 99-fachen Stützradius und zugleich mit maximal dem
0, 9995-fachen Stützradius erfindungsgemäß von besonderem Vor teil gegenüber den bekannten Ausführungen aus dem Stand der Technik ist. D.h. zulässig ist eine Abweichung des kleineren Halteradius gegenüber dem größeren Stützradius um maximal 1% wobei demgegenüber die Abweichung zumindest 0 , 5so beträgt.
Die Gegenüberstellung von Stützradius und Halteradius erfolgt jeweils an gleicher axialer Position, d.h. entsprechend der Anlage der Haltefläche an der Stützfläche.
Um eine in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mehr oder weniger geradlinige Ausführung des Rotorbauteils zu ermögli chen ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ro torbauteil einen sich axial durch das Rotorbauteil erstre ckenden Durchbruch erhält. Dabei ist der Durchbruch radial außerhalb des Halteabsatzes, d.h. somit auch der Haltefläche, anzuordnen. Weiterhin ist vorgesehen, dass sich der Durch bruch in Umfangsrichtung ungefähr über die halbe Breite des Rotorbauteils erstreckt. Dies wird als gegeben angesehen, wenn die Breite des Durchbruchs zumindest der 0,25-fachen Breite des Rotorbauteils in Umfangsrichtung beträgt, demge genüber jedoch die Breite des Durchbruchs nicht größer als die 0,75-fachen Breite des Rotorbauteils in Umfangsrichtung gewählt ist. Betrachtet wird hierbei die Breite an gleicher radialer Position. Die erfindungsgemäße Ausführung des Rotorbauteils mit einem Halteradius, welcher geringfügig kleiner als der Stützradius gewählt ist, unter Einbringung des Durchbruchs führt in der Kombination zu dem besonderen Vorteil der hohen Belastungsfä higkeit der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen dem Halte absatz und dem Befestigungsabsatz. Einerseits ermöglicht der Durchbruch eine stärke Verformung des Rotorbauteils und an derseits wird die Verformung durch die unterschiedlichen Ra dien von Haltefläche und Stützfläche kompensiert. Dieses führt im Ergebnis dazu, dass eine gleichmäßigere Anlage der Stützfläche an die Haltefläche mit gleichmäßigen Druckspan nungen erzielt werden kann gegenüber dem Versuch ohne Durch bruch eine passende Geometrie zu ermitteln.
Die Realisierung eines erfindungsgemäßen Rotors mittels er finderischer Gestaltung des Rotorbauteils mit einem Halteab satz mit einem abweichenden, kleineren Radius gegenüber der Stützfläche des Befestigungsabsatzes an der Rotorscheibe und unter Einbringung eines Durchbruchs wird zugleich ein neuar tiges erfindungsgemäßes Rotorbauteil geschaffen, welches die zuvor definierten Eigenschaften aufweist.
Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung des Halteabsatzes des Rotorbauteils, wenn der Halteradius mit zumindest dem 0, 999-fachen des Stützradius gewählt wird. Dieses führt zu einer vorteilhaften Auslegung insbesondere in der Verwendung bei einem Rotor einer Gasturbine.
Die Breite des Durchbruchs entsprechend ungefähr der halben Breite des Rotorbauteils wird besonders vorteilhaft erzielt, wenn sich der Durchbruch über zumindest der 0,4-fachen Breite des Rotorbauteils in Umfangsrichtung erstreckt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei analog, wenn sich der Durchbruch über maximal die 0,6-fache Breite des Rotorbauteils er streckt .
Eine vorteilhafte Spannungsverteilung wird erzielt, wenn sich der Durchbruch mit zunehmendem Radius vergrößert. Beispiels- weise kann vorgesehen sein, dass bei einer Ansicht in axialer Richtung auf das Rotorbauteil die beiden in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seiten einen Winkel von ungefähr 45° ein schließen. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn sich die Breite von einer ersten radialen Position zu einer zweiten größeren radialen Position um zumindest dem 0,75-fachen der Differenz des zweiten Radius und des ersten Radius vergrö ßert, d.h. B2 >= Bl + 0,75 x (R2 - RI) . Demgegenüber sollte sich die Breite jedoch nicht zu abrupt vergrößern. Hierzu sollte sich die Breite von einer ersten radialen Position zu einer zweiten größeren radialen Position um höchstem dem 1,25-fachen der Differenz des zweiten Radius und des ersten Radius vergrößern, d.h. B2 <= Bl + 1,25 x (R2 - RI) . Bei die ser Betrachtung sind großzügige Abrundungen in den Ecken des Durchbruchs zu vernachlässigen.
Die Stützfläche und die komplementäre Haltefläche können im Längsschnitt betrachtet unterschiedlich ausgeführt werden. Im einfachsten Fall handelt es sich jeweils um zylindrische Flä chen. Dieses erleichtert die Fertigung und sichert eine defi nierte Lage der Bauteile relativ zueinander. Nachteilig bei dieser Ausführung ist jedoch die Spannungsverteilung im Be festigungsabsatz und dem Halteabsatz. Weiterhin ist es denk bar, die Stützfläche und die komplementäre Haltefläche ballig oder (entlang der axialen Richtung) kurvenförmig auszuführen. Nachteilig ist in diesem Fall jedoch die Herstellung der Flä chen bei Einhaltung geringster Toleranzen. Daher hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Stützflä che und die komplementäre Haltefläche als Abschnitt einer Ke gelfläche, d.h. konisch ausgeführt werden.
Bei Verwendung einer konischen Stützfläche sowie einer koni schen Haltefläche ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Öff nungswinkel des definierenden Kegels zwischen 30° und 90° be trägt. D.h. der Winkel zwischen der Stützfläche bzw. der Hal tefläche und der Rotorachse beträgt vorteilhaft zwischen 15° und 45°. Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung des Befes tigungsabsatzes mit der Stützfläche und des Halteabsatzes mit der Haltefläche, wenn ein Öffnungswinkel von zumindest 45° gewählt wird. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn der Öffnungswinkel maximal 75° beträgt.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Abstand vom Halteab satz zum Durchbruch im Verhältnis zur Breite des verbleiben den Steges neben dem Durchbruch nicht zu groß wird. Ausgehend von einer Stegbreite als Abstand vom Durchbruch bis zum nächstliegenden Seitenrand in Umfangsrichtung und einem Be zugspunkt in der Mitte der Haltefläche ist es daher vorteil haft, wenn der Abstand von der Haltefläche bis zum Durchbruch in radialer Richtung nicht größer ist als die Stegbreite. Be sonders vorteilhaft ist es, wenn der radiale Abstand zwischen dem 0,25-fachen und dem 0,75-fachen der Stegbreite beträgt.
Die erfindungsgemäße Ausführung des Rotorbauteils mit einer Haltefläche, welche eine gegenüber der Stützfläche geringfü gig kleineren Radius aufweist, in Kombination mit einem
Durchbruch kann besonders vorteilhaft angewendet werden, wenn das Rotorbauteil eine im Wesentlichen flache sich in Umfangs richtung und radial erstreckende Gestalt aufweist. Insofern treten im Rotorbauteil bei einwirkender Fliehkraft innerhalb des Rotorbauteils vorwiegend Zugspannungen und nur unterge ordnete Biegespannungen auf. Beispielsweise sind die Zugspan nungen in diesem Fall zumindest doppelt so groß wie die Bie gespannungen. Dabei erstreckt sich der Halteabsatz im Wesent lichen in axialer Richtung.
Zur Befestigung des Rotorbauteils am Rotor über Abstützung der Fliehkräfte vom Halteabsatz auf den Befestigungsabsatz ist es weiterhin von Vorteil, wenn sich das Rotorbauteil ge genüberliegend zum Halteabsatz mit einem inneren, zur Rotor achse weisenden Randabschnitt am Rotor abstützen kann. Hierzu weist wahlweise die Rotorscheibe einen umlaufenden, von einer Stirnseite der Rotorscheibe bzw. vom Befestigungsabsatz beab- standeten Ringvorsprung auf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der entsprechende Ringvorsprung an einer zur Rotorschei be benachbarten zweiten Rotorscheibe angeordnet ist. Zumin- dest bildet der entsprechende Ringvorsprung an der Rotor scheibe bzw. der zweiten Rotorscheibe eine zum Befestigungs absatz weisende Anlagefläche auf, an der der innere Randab schnitt der Rotorbauteile zur Anlage kommt und sich in axia ler Richtung abstützen kann.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform eignet sich in besonders vorteilhafter Weise bei einer Rotorscheibe, an der eine Mehr zahl im Umfang verteilt angeordnete Laufschaufeln angebracht werden können. Hierzu weist die Rotorscheibe im Umfang ver teilt eine Mehrzahl die Rotorscheibe axial durchdringende Schaufelhaltenuten auf. Die Schaufelhaltenuten werden hierbei auf einer Stirnseite der Rotorscheibe durch die im Umfang verteilt angeordneten Rotorbauteile zumindest abschnittsweise abgedeckt .
In den nachfolgenden Figuren wird eine beispielhafte Ausfüh rungsform für einen Rotor im Bereich der Verbindung zwischen Rotorbauteil und Rotorscheibe skizziert. Es zeigen:
Fig. 1 In der Fig. 1 wird im Längsschnitt abschnittsweise die Rotorscheibe sowie das daran befestigte Rotor bauteil skizziert;
Fig. 2 die Fig. 2 zeigt die Anordnung mit der Rotorscheibe und dem Rotorbauteil in einem Schnitt quer zur Ro torachse .
In der Fig. 1 wird schematisch in einem Längsschnitt durch die Rotorachse durch die Rotorscheibe 01 und das Rotorbauteil 11 im Bereich der Verbindung zwischen dem Rotorbauteil 11 und der Rotorscheibe 01 skizziert. Zu erkennen ist die Rotor scheibe 01 mit einer sich am radial äußeren Umfang befindli chen Schaufelhaltenut 02. Diese 02 ist bestimmt zur Aufnahme von Laufschaufein (hier nicht dargestellt) . Die Rotorscheibe 01 weist hierbei einen Befestigungsabsatz 04 auf, welcher 04 sich in Umfangsrichtung und in axialer Richtung erstreckt und auf der zur Rotorachse weisenden Seite eine Stützfläche 05 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel wird rein exempla risch die Stützfläche 05 leicht geneigt und leicht ballig ausgeführt skizziert. In der Regel kann als einfache taugli che Gestalt eine konische Form der Stützfläche gewählt wer den. Weiterhin weist die Rotorscheibe 01 beabstandet vom Be festigungsabsatz 04 einen umlaufenden, sich radial auswärts erstreckenden Ringvorsprung 07 auf. Insofern bildet sich in diesem Ausführungsbeispiel unterhalb des Befestigungsabsatzes 04 und hinter dem Ringvorsprung 07 eine umlaufende Nut.
Weiter zu erkennen ist das Rotorbauteil 11, welches 11 an der Rotorscheibe 01 befestigt ist. Hierzu weist das Rotorbauteil 11 einen Halteabsatz 14 auf, welcher 14 sich ebenso in Um fangsrichtung und axial erstreckt. Analog bildet der Halteab satz 14 eine Haltefläche 15, welche 15 auf der radial aus wärts weisenden Seite angeordnet ist. Hierbei ist sind die Haltefläche 15 sowie die Stützfläche 05 komplementär zueinan der aufgeführt. Der Halteabsatz 14 ist nahe dem zur Rotorach se weisenden Ende des Rotorbauteils 11 angeordnet, wobei sich am Ende auf der zur Rotorachse weisenden Seite ein innerer Randabschnitt 17 befindet. Dieser 17 liegt hierbei axial an dem Ringvorsprung 07 der Rotorscheibe 01 an. Bei entsprechen den Fliehkräften aufgrund der Rotation des Rotors führt die Abstützung des Rotorbauteils 11 über den Halteabsatz 14 mit der Haltefläche 15 an der Stützfläche 05 des Befestigungsab satzes 04 zu einem Moment im Rotorbauteil 11, welches über die Anlage des inneren Randabschnitts 17 am Ringvorsprung 07 abgestützt wird.
Von wesentlicher Bedeutung sind die Geometrien der Stützflä che 05 sowie der Haltefläche 15, wobei diese in axialer Rich tung betrachtet über eine Auflagebreite 10 aneinander anlie- gen. D.h., diejenigen Flächen des Befestigungsabsatzes 04 bzw. des Halteabsatzes 14, welche über die Auflagebreite 10 aneinander anliegen werden als Stützfläche 05 sowie die Hal tefläche 15 betrachtet. Hierbei weist die Stützfläche 05 als Rotationsfläche um die Rotorachse einen Stützradius 06 auf. Demgegenüber wird die Haltefläche 15 des Rotorbauteils 11 ebenso als Abschnitt einer Rotationsfläche ausgeführt weist entsprechend einen Halteradius 16 auf. Zur jeweiligen Gegen überstellung wird der Stützradius 06 und der Halteradius 16 an gleicher axialer Position bestimmt. Von wesentlicher Be deutung ist es nun, dass der Halteradius 16 kleiner ist als der Stützradius 06 und somit die Rotationsachse der Halteflä che 15 beabstandet zur Rotorachse positioniert ist.
Weiterhin weist das Rotorbauteil 11 als wesentlich für die Lösung einen das Rotorbauteil 11 in axialer Richtung durch dringenden Durchbruch 12 auf. Dieser 12 ist radial außerhalb des Halteabsatzes 14 angeordnet. Vorteilhaft wird dabei der Durchbruch 12 in einem bestimmten mittleren Abstand 23 in ra dialer Richtung von der Mitte der Haltefläche 15 angeordnet.
Hierzu skizziert die Fig. 2 nochmals die Anordnung mit der Rotorscheibe 01 und dem Rotorbauteil 11 in einem Schnitt quer zur Rotorachse durch den Befestigungsabsatz 04 und dem Halte absatz 14, betrachtet in Richtung von der Rotorscheibe 01 wegweisend. Zu erkennen ist hierbei das Rotorbauteil 11 mit dem inneren Randabschnitt 17, welcher 17 axial am Ringvor sprung 07 anliegt.
Wesentlich für die Erfindung ist nunmehr die Betrachtung der auf der zur Rotorachse weisenden Seite an dem Befestigungsab satz 04 angeordneten Stützfläche 05 mit dem hier dargestell ten Stützradius 06 in Verbindung mit dem Halteabsatz 14, wel cher 14 radial auswärts weisend die Haltefläche 15 mit dem Halteradius 16 aufweist. Zu erkennen ist (übertrieben darge stellt), dass hier vorgesehen ist, dass der Halteradius 16 einen geringeren Wert aufweist als es dem gegenüberliegenden entsprechenden Stützradius 06 entspricht.
Diese Gestalt, mit der zunächst in Umfangsrichtung betrachtet nicht vollflächigen Anlage der Haltefläche 15 an der Stütz fläche 05 führt bei hohen Fliehkräften aufgrund einer ent sprechenden Rotation des Rotors zu einer gleichmäßigen Aufla gespannung zwischen den beiden Flächen 05, 15. Radial außerhalb des Halteabsatzes 14 befindet sich der
Durchbruch 12, wobei entsprechend beidseitig des Durchbruchs 12 zwei Stege am Rotorbauteil verbleiben. Der Durchbruch 12 trägt seinerseits zur gleichmäßigen Auflagespannung zwischen Haltefläche 15 und Stützfläche 05 bei. Dazu ist vorgesehen, dass der Durchbruch 12 eine Breite 22 in Umfangsrichtung auf weist, welche ungefähr der halben Breite 21 des Rotorbauteils 11 entspricht. Entsprechend verbleiben beidseitig Stege mit einer Stegbreite 24. Hinsichtlich der Positionierung des Durchbruchs ist dabei vorteilhaft zu berücksichtigen, dass der radiale Abstand 23 von der Mitte der Haltefläche 15 bis zum Durchbruch 12 nicht größer ist als die Stegbreite 24.
Weiterhin ist zu erkennen, dass sich der Durchbruch 12 bei zunehmendem Radius aufweitet. Zur optimalen Spannungsvertei lung ist es vorteilhaft, wenn der Winkel zwischen der Seiten flanke des Durchbruchs in Umfangsrichtung und der radialen Mittelachse ungefähr 20° beträgt. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass am oberen Ende der Seitenflanke und am unteren Ende der Seitenflanke großzügige Abrundungen vorgese hen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor, insbesondere einer Gasturbine, mit einer Rotor achse und mit einer Rotorscheibe (01), welche (01) einen umlaufenden Befestigungsabsatz (04) mit einer zu einer Rotorachse weisenden um die Rotorachse rotierenden
Stützfläche (05) aufweist, und mit mehreren im Umfang verteilt angeordneten Rotorbauteilen (11), welche (11) jeweils einen Halteabsatz (14) mit einer zur Stützfläche (05) komplementären einem Abschnitt einer Rotationsflä che bildenden Haltefläche (15) aufweisen, wobei in jedem Querschnitt senkrecht zur Rotorachse die Stützfläche (05) einen Stützradius (06) und die Haltefläche (15) ein Halteradius (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halteradius (16) mindestens dem 0,99-fachen und maximal dem 0 , 9995-fachen Stützradius (06) entspricht, wobei das Rotorbauteil (11) radial außerhalb der Halte fläche (15) einen Durchbruch (12) aufweist, welcher (12) eine Breite (22) von zumindest dem 0,25-fachen und maxi mal dem 0,75-fachen der Breite (21) des Rotorbauteils (11) in Umfangsrichtung aufweist.
2. Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halteradius (16) mindestens dem 0,999-fachen Stützradius (06) entspricht.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Breite (22) des Durchbruchs (12) zumindest der 0,4-fachen und/oder maximal der 0,6-fachen Breite (21) des Rotorbauteils (11) in Umfangsrichtung entspricht.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Durchbruch (12) mit zunehmendem Radius verbreitert, wobei die Differenz der Breite in Umfangs richtung zwischen dem 0,75-fachem und dem 1,25-fachen der Differenz in radialer Richtung beträgt.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stützfläche (05) und die Haltefläche (06) ko nisch ausgeführt sind, wobei der Öffnungswinkel zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 75°, beträgt.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (23) in radialer Richtung von der Mitte der Haltefläche (15) bis zum Durchbruch (12) maximal dem Abstand (24) vom Durchbruch (12) bis zum Rand in Um fangsrichtung des Rotorbauteils (11) entspricht.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Rotorbauteil (11) eine sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung und radial erstreckende Gestalt auf weist, wobei sich der Halteabsatz (14) in axialer Rich tung erstreckt.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01) und/oder eine zur Rotorschei be (01) benachbarte zweite Rotorscheibe einen von der Stirnseite der Rotorscheibe (01) beabstandeten umlaufen den Ringvorsprung aufweist und dass das Rotorbauteil (11) auf der zur Rotorachse weisenden Seite einen inne ren Randabschnitt (17) aufweist, wobei sich der innere Randabschnitt (17) gegenüberliegend zum Halteabsatz (14) am Ringvorsprung (07) axial abstützt.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotorscheibe (01) eine Mehrzahl im Umfang ver teilt angeordnete axial durchdringende Schaufelhaltenu- ten (02) aufweist und die Rotorbauteile (11) die Schau- felhaltenuten (02) auf einer Stirnseite der Rotorscheibe zumindest abschnittsweise abdecken.
10. Rotorbauteil (11) zur Verwendung bei einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend einen Hal teabsatz (14) mit einer zur Stützfläche (05) der Rotor scheibe (01) komplementären einem Abschnitt einer Rota tionsfläche bildenden Haltefläche (15), wobei in jedem Querschnitt senkrecht zur Rotorachse die Haltefläche (15) ein Halteradius (16) aufweist,
gekennzeichnet durch
einen radial außerhalb der Haltefläche (15) angeordneten Durchbruch (12), welcher (12) eine Breite (22) von zu mindest dem 0,25-fachen und maximal dem 0,75-fachen der Breite (21) des Rotorbauteils (11) in Umfangsrichtung aufweist,
wobei der Halteradius (16) mindestens dem 0,99-fachen und maximal dem 0 , 9995-fachen des bestimmungsgemäßen Stützradius (06) entspricht.
11. Rotorbauteil (11) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Halteradius (16) mindestens dem 0,999-fachen des bestimmungsgemäßen Stützradius (06) entspricht.
12. Rotorbauteil (11) nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Breite (22) des Durchbruchs (12) zumindest der 0,4-fachen und/oder maximal der 0,6-fachen Breite (21) in Umfangsrichtung entspricht.
13. Rotorbauteil (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Durchbruch (12) mit zunehmendem Radius verbreitert, wobei die Differenz der Breite in Umfangs richtung zwischen dem 0,75-fachem und dem 1,25-fachen der Differenz in radialer Richtung beträgt.
14. Rotorbauteil (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Haltefläche (06) konisch ausgeführt ist, wobei der Öffnungswinkel zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 45° und 75°, beträgt.
15. Rotorbauteil (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (23) in radialer Richtung von der Mitte der Haltefläche (15) bis zum Durchbruch (12) maximal dem Abstand (24) vom Durchbruch (12) bis zum Rand in Um fangsrichtung entspricht.
16. Rotorbauteil (11) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
dass das Rotorbauteil (11) eine sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung und radial erstreckende Gestalt auf weist, wobei sich der Halteabsatz (14) in axialer Rich tung erstreckt.
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