用于轴向通流式涡轮机的转子及用于这种转子的动叶片制造技术

本发明专利技术涉及用于轴向通流式涡轮机的转子及用于这种转子的动叶片，具体而言，用于轴向通流式涡轮机的转子载有多个动叶片，其分别以叶片根部被推入到围绕轴线环绕的转子槽中并保持在该处，其中，叶片根部包括带锤形头的锤形根部并且支承在转子槽的径向上处于较外部的径向止动面处以克服作用于动叶片上的离心力而且支承在径向上位于较内部的轴向止动面处以克服作用于动叶片上的轴向力，其中，转子槽在其底部处具有在轴向和径向上扩大且带有连续弯曲截面轮廓的底部区域以用于减小热应力。在这样的转子中，叶片组的有利匹配如此实现，即，动叶片的叶片根部在径向上匹配于扩大的底部区域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轴向通流式涡轮机(axial durchstromte Turbomaschine)的技术领 域。本专利技术涉及一种根据权利要求1前序部分的用于轴向通流式涡轮机的转子以及一种用 于这种转子的动叶片(Laufschaufel)。
技术介绍
高功率的固定式燃气轮机长期以来是动力站、尤其组合式动力站 (Kombikraftwerk)的主要组成部分。附图说明图1以局部剖面的透视图显示了一个关于这种燃气轮 机的实施例，该燃气轮机由本申请人提供并以型号GT26 所公知。图1的燃气轮机10装备有所谓的顺序式燃烧(sequentiellen Verbrennung)。该 燃气轮机10包括多级压缩机12，该压缩机12通过进气口 15吸进空气并压缩空气。被压缩 的空气在接着的第一环形燃烧室14a中被部分地用于燃烧被喷入的燃料。所产生的热气体 流过第一涡轮13a并然后进入第二燃烧室14b中，在该第二燃烧室14b中剩余的空气应用 于燃烧又被喷入的燃料。来自第二燃烧室14b的热气流在第二涡轮13b中膨胀做功并通过 排气口 16从燃气轮机10中排出，以便向外部排放或在组合式动力站中应用于产生蒸汽。压缩机12和两个涡轮13a，13b具有多组围绕轴线30旋转的动叶片，这些动叶片 与在环绕的定子处固定的导向叶片一起形成该机器的叶片组(Beschaufelimg)。所有动叶 片布置在共同的、可围绕轴线转动的转子11上并且借助为此设置的转子槽可拆卸地固定 在转子轴处。在此，特别的关注则放在压缩机12的最后级12a上，在最后级12a中被压缩 的空气达到数百摄氏度的温度。从现有技术(例如参见文件W0-A1-2005/054682)中公知的是，按照图2使压缩机 12的最后级12a的动叶片17设有构造为锤形根部的叶片根部18并且以叶片根部18被推 入到围绕轴线环绕的转子槽19中并且保持在该处。叶片根部18支承在转子槽19径向上 位于较外部的径向止动面25处以克服作用于动叶片17上的离心力。同样地该叶片根部18 支承在径向上位于较内部的轴向止动面20处以克服作用于动叶片17上的轴向力。在此， 在径向止动面25和轴向止动面20之间分别设置有凹陷部(Freistich)。在转子槽19的底 部处设置有弹簧22，该弹簧22在装配期间将动叶片17在径向上固定。在正在进行的关于能量及环境的争论过程中产生的持久愿望是，提高这类机器的 功率、效率、燃烧温度和/或质量流量。此外，可通过如下方式实现输出功率的提高，即，改 进压缩机。燃气轮机的功率提高与通过压缩机的质量流量的提高相关联，这将导致在最后压 缩机级12a中更高的气体温度。压缩机叶片的新式的、先进的空气动力设计要求更大的轴 向弦长(Sehnenljinge)，这导致转子槽19之间更大的间距。两者共同地在机器启动期间在较后的压缩机级中的转子槽底部处的切口 (Kerben)中造成明显提高的热应力，因为转子体的中央还处于较低的温度(图2中Tl)上， 而外部区域已经承受高的全负荷温度(图2中T2)并因此在材料中产生高的热应力。在另外的相关内容中，即在带有燕尾形叶片根部(该叶片根部贴靠在转子槽中处 于倾斜的止动面处并由于摩擦将剪切力施加在槽的侧壁上)的燃气轮机的动叶片的情况 下已建议，为了减小由摩擦造成的应力在止动面之下将月牙凹(Hohlkehle)引入到转子槽 中(参见文件US-A-5141401)。但是，在此，热应力当然不再起重要作用。在用于减小转子槽的区域中的应力的措施方面，文件EP-A1-1703080重复了槽截 面轮廓对转子内部应力曲线的决定性影响。在该文件中，关于这点建议，使槽底部具有椭圆 形截面轮廓。这样设计的转子槽在其底部处具有在轴向上和径向上扩大的带有连续弯曲截面 轮廓的底部区域23以用于减小热应力，该底部区域23通过中平面33的区域中的大弯曲半 径而出众并相对中平面33构造成镜像对称。当在如此改变的转子槽几何结构情况下动叶片17的叶片根部18在其设计方案方 面应保留时，则按图4的叶片根部18的锤形头必须扩大以虚线表明的附加体积24，这样就 导致明显增加了动叶片17的质量并因此将导致增大了作用在转子槽21处的离心力。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，如此构造转子或在转子处使用的动叶片，S卩，使得可充分利 用带有扩大的底部部区域及大的弯曲半径的转子槽几何结构的优点，而没有其它的缺陷。该目的通过权利要求1和8的整体特征来解决。在此，本专利技术的基本构思是，转子 槽在其底部处为了减小热应力以公知方式具有在轴向和径向上扩大的、带有连续弯曲截面 轮廓的底部区域，并且动叶片的叶片根部在径向上匹配于该扩大的底部区域。按照本专利技术一个设计方案，该扩大的底部区域构造成相对于穿过转子槽的垂直于 轴线的中平面镜像对称，并且在此该底部区域的截面轮廓的弯曲半径从中平面起朝向边缘 减小。本专利技术另一个设计方案通过以下方式而出众，S卩，该扩大的底部区域在轴向上具 有预设的最大宽度，径向的止动面在轴向上具有预设的最小间距，并且最小间距与最大宽 度的比在0. 1和0. 6之间，也就是说0. 1 < Cl5M1 < 0.6ο在此，有利的是，扩大的底部区域相对径向的止动面具有预设的第一最大深度，扩 大的底部区域相对轴向止动面的内棱边具有预设的第二最大深度，并且第二最大深度与第 一最大深度的比在0. 4和0. 9之间，也就是说0. 4 < d3/d4 < 0.9ο特别有利的是，多个相同形式的转子槽在轴向上设置成偏移预设的间距，并且最 大宽度与间距的比在0. 5禾Π 0. 8之间，也就是说0. 5 < Cl1M2 < 0. 8。按照本专利技术另一个实施方式，叶片根部在锤形头之下在径向上延长以用于跨越 (tiberbriickung)该扩大底部区域的径向上的扩大。优选地，为了叶片根部的延长，设置有在径向上延伸的延长栓 (Verlangerungsbolzen)。该相对细长的延长栓跨越间距，而没有给动叶片添加不需要的质量。在此，在制造技术方面有利的是，该延长栓模制(anformen)在锤形头处。此外有利的是，在延长栓和锤形头之间的过渡部处设置有弯曲的过渡面以用于确 保连续的过渡。备选地可设置，延长栓构造为单独部件并将该部件与锤形头相连接。在此，经证明有利的是，借助旋拧(Verschrauben)或焊接将延长栓固定在锤形头 处。此外，当在叶片根部中设置减小质量的凹口时，动叶片的质量可进一步减小。优选地，凹口在锤形头和延长栓之上延伸。虽然优选在周向上延伸，但这些凹口也可在其它(例如径向)方向上延伸。一个按照本专利技术转子的设计方案的特征在于，在延长栓的下端部和扩大的底部区 域的底部之间余留有中间空间，并且在该余留的中间空间中布置有弹簧，该弹簧将动叶片 以叶片根部在径向上压靠径向止动面。另一设计方案的特征在于，锤形头具有预设的高度，延长栓具有预设的径向长度， 并且高度与长度的比在0. 2和0. 8之间，也就是说0. 2 < Cl2M1 < 0. 8。又一个设计方案的特征在于，锤形头具有预设的第一轴向宽度，延长栓具有预设 的第二轴向宽度，并且第二轴向宽度与第一轴向宽度的比在0. 2和0. 6之间，也就是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于轴向通流式涡轮机的转子（１１），所述转子（１１）承载有多个动叶片（２６），所述动叶片（２６）分别以叶片根部（２７）被推入到围绕轴线（３０）环绕的转子槽（２１）中并保持在该处，其中，所述叶片根部（２７）包括带有锤形头（３２）的锤形根部并且支承在所述转子槽（２１）的径向上位于较外部的径向止动面（２５）处以克服作用于所述动叶片（２６）上的离心力并且支承在径向上位于较内部的轴向止动面（２０）处以克服作用于所述动叶片（２６）上的轴向力，其中，所述转子槽（２１）在其底部处具有在轴向和径向上扩大的带有连续弯曲截面轮廓的底部区域（２３）以用于减小热应力，其特征在于，所述动叶片（２６）的叶片根部（２７）在径向上匹配于所述扩大的底部区域（２３）。

【技术特征摘要】
2009.11.10 CH 01723/09;2009.11.10 CH 01724/091.一种用于轴向通流式涡轮机的转子(11)，所述转子(11)承载有多个动叶片(26)，所 述动叶片06)分别以叶片根部(XT)被推入到围绕轴线(30)环绕的转子槽中并保持 在该处，其中，所述叶片根部(XT)包括带有锤形头(3 的锤形根部并且支承在所述转子槽 (21)的径向上位于较外部的径向止动面05)处以克服作用于所述动叶片06)上的离心力 并且支承在径向上位于较内部的轴向止动面OO)处以克服作用于所述动叶片06)上的轴 向力，其中，所述转子槽在其底部处具有在轴向和径向上扩大的带有连续弯曲截面轮 廓的底部区域03)以用于减小热应力，其特征在于，所述动叶片06)的叶片根部(XT)在 径向上匹配于所述扩大的底部区域03)。2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述扩大的底部区域03)构造为相对于 穿过所述转子槽垂直于所述轴线(30)的中平面镜像对称并且所述底部区域03)的 截面轮廓的弯曲半径从所述中平面起朝向边缘减小。3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述扩大的底部区域在轴向 上具有预设的最大宽度(屯)，所述径向止动面05)在轴向上具有预设的最小间距(d5)， 并且所述最小间距(d5)与所述最大宽度(Cl1)的比在01和0. 6之间，也就是说0. 1 < d5/ Cl1 < 0.6，所述扩大的底部区域相对所述径向止动面0 具有预设的第一最大深度 (d4)，所述扩大的底部区域相对所述轴向止动面OO)的内棱边具有预设的第二最大 深度(d3)，并且所述第二最大深度(d3)与所述第一最大深度(d4)的比在0.4和0.9之间， 也就是说 0. 4 < d3/d4 < 0. 9。4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，在轴向上多个相同类型的转子槽设 置成偏移了预设的间距(d2)，并且最大宽度(Cl1)与间距(d2)的比在0.5和0.8之间，也就 是说 0. 5 < Cl1Zd2 < 0. 8。5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，将径向上延伸的延长栓09)在所述锤形 头(3 之下模制到所述叶片根部、2Τ)处，以用于跨越所述扩大的底部区域的径向上 的扩大。6.根据权利要求5所述的转子，其特征在于，在所述延长栓09)的下端部和所述扩大 的底部区域03)的底部之间余留有中间空间保持，并且在所述余留的中间空间中布置有 弹簧(22)，所述弹簧0 使所述动叶片06)以所述叶片根部(XT)在径向上压靠所述径向 止动面(25)。7.根据权利要求8至18中任一项所述的转子，...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·克雷塞尔迈尔，K·鲁比肖恩，C·纳格勒，H·布兰德尔，
申请(专利权)人：阿尔斯托姆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CH