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EP2233692A1 - Axialturbomaschinenrotor mit Schaufelkühlung - Google Patents

Axialturbomaschinenrotor mit Schaufelkühlung Download PDF

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Publication number
EP2233692A1
EP2233692A1 EP09004471A EP09004471A EP2233692A1 EP 2233692 A1 EP2233692 A1 EP 2233692A1 EP 09004471 A EP09004471 A EP 09004471A EP 09004471 A EP09004471 A EP 09004471A EP 2233692 A1 EP2233692 A1 EP 2233692A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
blade
axial
cooling
cooling medium
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09004471A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP09004471A priority Critical patent/EP2233692A1/de
Priority to JP2012501303A priority patent/JP5314188B2/ja
Priority to PCT/EP2010/053866 priority patent/WO2010108972A1/de
Priority to US13/258,624 priority patent/US20120070310A1/en
Priority to CN201080014157XA priority patent/CN102365423A/zh
Priority to EP10715130.0A priority patent/EP2411630B1/de
Publication of EP2233692A1 publication Critical patent/EP2233692A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • 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
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid

Definitions

  • the invention relates to an axial turbomachine rotor with a blade cooling, in particular an axial turbomachine rotor with a blade ring, which is formed by a plurality of blades, which are cooled by means of impingement cooling.
  • a turbomachine such as a gas turbine, includes a compressor and a turbine coupled via a rotor.
  • the rotor has rotor blades for the compressor and rotor blades for the turbine, wherein work is performed on a working fluid in the compressor and work is recovered from the working fluid in the turbine.
  • the working fluid is heated upstream of the turbine, so that the components of the turbine are exposed to a high temperature load.
  • the rotor is provided with discs, which are lined up on a shaft and each have at their outer edge the blades, which forms a blade ring. Due to high mechanical and thermal loads, the life of the discs and the blades is limited.
  • the object of the invention is to provide a Axialturbomaschinenrotor, in the rotor disk and blades have a long life.
  • the axial turbomachinery rotor according to the invention has a rotor disk and a rotor blade ring, which has a plurality of blades, each having a blade root, with which the blade is fixed radially outward on the rotor disk, wherein the blade root with the rotor disk at the outer edge form-fitting manner in engagement is that in the operation of the axial turbomachinery rotor, a gap between the blade and the rotor disk is formed on a predetermined surface area of the rotor disk, in which a plurality of impingement cooling openings is arranged, through which a cooling medium from the interior of the rotor disk can be flowed into the gap, whereby the cooling medium, the blade is cooled by impingement cooling of the cooling medium.
  • the use of the cooling medium is effective, whereby the axial turbomachinery rotor can be operated to save resources.
  • the rotor disk has at its outer edge a retaining recess, in which the blade root engages with its foot neck, which projects radially inwards and at least one circumferentially and / or in the axial direction of the réellehals projecting foot tooth having a radially outer flank and having a radially inner flank, which is encompassed with a provided in the retaining recess perturbUNEaussparung that during operation of the turbomachine rotor of the blade root rests with the radially outer flank of the rougebianaussparung and between the radially inner flank and the complicatbianaussparung the gap is formed wherein in the inner flank facing surface region of the contemplatiereaussparung at least one of the impingement cooling openings is provided so that the blade root on the radially inner flank with the cooling medium, through the impingement cooling opening flows, is prallkühlbar.
  • the rotor disk in the region of the holding recess in which voltage peaks occur during operation of the axial turbomachinery rotor, advantageously flows through the cooling medium and is thus cooled.
  • the blade root is cooled by the impingement cooling, whereby heat is effectively dissipated with the cooling medium from the blade root.
  • a temperature level in which the service life of the rotor disk and of the rotor blades is high can be set in the rotor disk in the area of the holding recess in the rotor blade.
  • the foot teeth are arranged and shaped on the toe neck such that the blade root has a Christmas tree profile, wherein theticianiereaussparept are formed as grooves.
  • the foot teeth and the grooves preferably extend in the axial direction of the axial turbomachinery rotor.
  • the gaps are open to the outside, so that the cooling medium can flow away from the gaps to the outside of the rotor disk. As a result, can flow through the baffle cooling holes constantly cooling medium, whereby a continuous cooling of the rotor disk and the blades is achieved.
  • the blade preferably comprises an aerodynamically effective airfoil and an aerodynamically effective blade platform disposed radially between the airfoil and the blade root, which is disposed with its radially inward side forming the gap at a radial distance from the outer edge of the rotor disk, in which the inboard side facing surface region of the outer edge is provided at least one of the impingement cooling openings, so that the blade platform is on its radially inner side with the cooling medium flowing through the impingement cooling hole, is prallkühlbar.
  • both the blade root and the blade platform can be cooled with the cooling medium, whereby an effective cooling of the blade is achieved.
  • the impingement cooling holes are formed such that the cooling medium flowing out of the impingement cooling holes is substantially perpendicular hits the surface of the blade.
  • the thermal efficiency of the impingement cooling is effectively high.
  • the rotor disk has a plurality of cooling channels, which open into the gaps via the impingement cooling openings.
  • the axial turbomachinery rotor is preferably an axial turbine rotor, and the cooling medium is preferably cooling air.
  • an axial turbine rotor 1 on a disc which is arranged rotationally symmetrical about the axis of rotation of the axial turbine rotor 1.
  • a plurality of juxtaposed about the circumference of the disc 2 blades 3 are arranged, wherein the blades 3 form a blade ring.
  • Each blade 3 has an airfoil 4, with which the blade 3 cooperates with a working medium of the axial turbine rotor 1.
  • the blade 4 is arranged on the disc 2 extending radially outward, wherein the blade 3 at the radially inner end of the blade 4 has a blade root 5, with which the blade 4 is fixed to the disc 2.
  • a blade platform 6 is formed on the blade 3, which extends in the axial direction and in the circumferential direction of the axial turbine rotor 1, wherein the radially outer side of the blade platform 6 the working medium and the radially inner side 18 of the blade platform 6 of the disc 2 are arranged facing.
  • the blade root 5 has a foot neck 7 which extends radially inwardly from the blade platform 6.
  • a plurality of foot teeth 8 are shown pointing in the circumferential direction of the axial turbine rotor 1, wherein the foot teeth 8 are arranged symmetrically to the longitudinal axis of the foot neck 7.
  • the retaining recess 9 with its grooves 10 is modeled on the contour of the blade root 5 with the foot teeth 8, so that the blade root 5 is in a form-fitting engagement with the retaining recess 9.
  • each foot tooth 8 engages in the groove 10 associated with it and is encompassed by the material of the disc 2, the blade root 5 is fixed in the retaining recess 9 in the radial direction.
  • the foot teeth 8 are arranged extending on the toe neck 7 substantially in the axial direction of the axial turbine rotor 1, so that in the same way the grooves 10 also have a course in the axial direction of the axial turbine rotor 1. Furthermore, the foot teeth 8 are arranged parallel to each other and thereby the grooves 10 are also arranged parallel to each other, so that the blade 3 for assembly to the disc 2 or for disassembly of the disc 2 with its blade root 5 in the axial direction in the retaining recess 9 or . Can be pushed out of the retaining recess 9. Furthermore, the foot teeth 8 are designed with a round contour and also the grooves 8 with a corresponding circular contour, so that due to notch stress effects, the voltage level during operation of the axial turbine rotor 1 in the disc 2 and in the blade root 5 is low.
  • Each foot tooth 8 has a radially inner flank 16 and a radially outer flank 17, wherein the flanks 16, 17 are formed inclined to each other.
  • the radially outer flank 17 is inclined to the circumferential direction of the disk 2 such that the radius of the radially outer flank 17 decreases away from the foot neck 7.
  • a centrifugal force acting radially outward Due to the inclination of the radially outer edge 17 and the corresponding shape of the groove 10 results in a self-centering effect of the blade root 5 in the retaining recess 9.
  • the radially outer edge 17 abuts the groove 10, so that the principal fixture 8 radially outward on the radially outer edge 17 is supported in the groove 10.
  • the groove 10 is formed around the foot tooth 8 with play, so that an undesirable jamming of the blade root 5 is prevented in the retaining recess 9, whereby the self-centering action by theticianzähne 8 and the grooves 10 is undisturbed. Due to the fact that, during operation of the axial turbine rotor 1, the foot tooth 8 is in touching contact with the groove 10 with its radially outer flank 17, a gap 11 arises due to the play on the radially inner flank 16. At the portion of the groove 10 exposed through the gap 11, there are provided a plurality of impingement cooling holes 12 through which cooling air flows.
  • the cooling air flows into the gap 11 and cools the foot tooth 8 at the radially inner flank 16 by impingement cooling.
  • the retaining recess 9 is frontally formed on the disc 2 open, so that are formed by the column 11 at the radially inner flanks 16 outwardly open cooling channels. In the cooling channels passes through the impingement cooling holes 12, the cooling air flowing through the cooling channels and the front side of the disc 2 exits.
  • the blade platform 6 is arranged at a radial distance on the outer edge 13 of the disc 2, so that between the disc outer edge 13 and the radially inner side 18 of the blade platform 6, a gap 14 is formed. Below the radially inner side 18 is. In the area of the gap 14, a plurality of impingement cooling openings is provided in the outer edge 13 of the pane 15 is formed, flows through the cooling air. The cooling air impinges on the radially inner side 18, so that the blade platform 6 is cooled by the cooling air by impingement cooling. Through the gap 14, a cooling channel is formed on the outer edge 13 of the disc, which is open to the blade platform 6 to the outside.
  • the cooling air can escape from the impingement cooling openings 15 on the outer edge 13 of the blade on the blade platform 6 to the outside.
  • the radially outer side of the blade platform 6 is in contact with hot gas, whereby a high heat input into the blade platform 6 during operation of the axial turbine rotor is present 1.
  • the transmitted to the radially inner side 18 of the blade platform 6 to the cooling air heat is through Convection removed from the blade platform 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Ein Axialturbomaschinenrotor weist eine Rotorscheibe (2) und einen Laufschaufelkranz auf, der eine Mehrzahl an Laufschaufeln (3) aufweist, die jeweils einen Schaufelfuß (5) aufweisen, mit dem die Laufschaufel (2) radial nach außen an der Rotorscheibe (2) festgelegt ist, wobei der Schaufelfuß (5) mit der Rotorscheibe (2) an deren Außenrand formschlüssig derart in Eingriff steht, dass beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors (1) ein Spalt zwischen der Laufschaufel (3) und der Rotorscheibe (2) an einem vorherbestimmten Oberflächenbereich der Rotorscheibe (2) ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl an Prallkühlungsöffnungen (12, 15) angeordnet ist, durch die vom Inneren der Rotorscheibe (2) her ein Kühlmedium in den Spalt (11, 14) strömbar ist, wodurch mit dem Kühlmedium die Laufschaufel (2) durch Prallkühlung von dem Kühlmedium kühlbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Axialturbomaschinenrotor mit einer Schaufelkühlung, insbesondere einen Axialturbomaschinenrotor mit einem Schaufelkranz, der von einer Mehrzahl an Laufschaufeln gebildet ist, die mittels Prallkühlung kühlbar sind.
  • Eine Turbomaschine, wie beispielsweise eine Gasturbine, weist einen Verdichter und eine Turbine auf, die via einen Rotor gekoppelt sind. Der Rotor weist Laufschaufeln für den Verdichter und Laufschaufeln für die Turbine auf, wobei in dem Verdichter Arbeit an einem Arbeitsmedium verrichtet und in der Turbine Arbeit aus dem Arbeitsmedium gewonnen wird. Das Arbeitsmedium wird stromauf der Turbine erwärmt, so dass die Bauteile der Turbine einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt sind. Herkömmlich ist der Rotor mit Scheiben versehen, die auf einer Welle aufgereiht sind und jeweils an ihrem Außenrand die Laufschaufeln aufweisen, die einen Schaufelkranz bildet. Aufgrund von hohen mechanischen und thermischen Belastungen ist die Lebensdauer der Scheiben und der Laufschaufeln begrenzt. Als eine Maßnahme die Lebensdauer zu verlängern ist eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Laufschaufeln und der Scheiben bekannt, mit der eine Erhöhung der Sprödheit insbesondere des Materials der Scheiben beim Betrieb der Gasturbine im wesentlich begrenzt ist. Ferner liegt das Kriechverhalten der Scheiben und der Laufschaufeln im unkritischen Bereich, so dass eine verlängerte Lebensdauer (LCF, engl.: "Life Cycle Fatigue") erzielt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialturbomaschinenrotor zu schaffen, bei dem Rotorscheibe und Laufschaufeln eine hohe Lebensdauer haben.
  • Der erfindungsgemäße Axialturbomaschinenrotor weist eine Rotorscheibe und einen Laufschaufelkranz auf, der eine Mehrzahl an Laufschaufeln aufweist, die jeweils einen Schaufelfuß aufweisen, mit dem die Laufschaufel radial nach außen an der Rotorscheibe festgelegt ist, wobei der Schaufelfuß mit der Rotorscheibe an deren Außenrand formschlüssig derart in Eingriff steht, dass beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors ein Spalt zwischen der Laufschaufel und der Rotorscheibe an einem vorherbestimmten Oberflächenbereich der Rotorscheibe ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl an Prallkühlungsöffnungen angeordnet ist, durch die vom Inneren der Rotorscheibe her ein Kühlmedium in den Spalt strömbar ist, wodurch mit dem Kühlmedium die Laufschaufel durch Prallkühlung von dem Kühlmedium kühlbar ist.
  • Dadurch ist eine effektive Kühlung der Rotorscheibe und der Laufschaufeln erzielt, wodurch die Lebensdauer der Laufschaufeln und der Rotorscheibe hoch ist. Ferner ist beim erfindungsgemäßen Turbomaschinenrotor der Einsatz des Kühlmediums effektiv, wodurch der Axialturbomaschinenrotor Ressourcen sparend betreibbar ist.
  • Es ist bevorzugt, dass die Rotorscheibe an ihrem Außenrand eine Halteaussparung aufweist, in die der Schaufelfuß mit seinem Fußhals eingreift, der radial nach innen vorsteht und mindestens einen in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung von dem Fußhals vorstehenden Fußzahn aufweist, der eine radial außenliegende Flanke und eine radial innenliegende Flanke aufweist, wobei mit einer in der Halteaussparung vorgesehenen Fußzahnaussparung der Fußzahn derart umgriffen ist, dass beim Betrieb des Turbomaschinenrotors der Schaufelfuß mit der radial außenliegenden Flanke an der Fußzahnaussparung anliegt und zwischen der radial innenliegenden Flanke und der Fußzahnaussparung der Spalt ausgebildet ist, wobei in dem der innenliegenden Flanke zugewandten Oberflächenbereich der Fußzahnaussparung mindestens eine der Prallkühlungsöffnungen vorgesehen ist, so dass der Schaufelfuß an der radial innenliegenden Flanke mit dem Kühlmedium, das durch die Prallkühlungsöffnung strömt, prallkühlbar ist. Dadurch ist die Rotorscheibe im Bereich der Halteaussparung, in dem beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors Spannungsspitzen auftreten, vorteilhaft von dem Kühlmedium durchströmt und somit gekühlt. Ferner wird der Schaufelfuß von der Prallkühlung gekühlt, wodurch effektiv mit dem Kühlmedium von dem Schaufelfuß Wärme abführbar ist. Dadurch ist vorteilhaft erreicht, dass in der Rotorscheibe im Bereich der Halteaussparung in der Laufschaufel ein Temperaturniveau einstellbar ist, bei dem die Lebensdauer der Rotorscheibe und der Laufschaufeln hoch ist.
  • Bevorzugtermaßen sind die Fußzähne an dem Fußhals derart angeordnet und geformt, dass der Schaufelfuß ein Tannenbaumprofil aufweist, wobei die Fußzahnaussparungen als Nuten ausgebildet sind. Die Fußzähne und die Nuten verlaufen bevorzugt in Axialrichtung des Axialturbomaschinenrotors. Ferner ist es bevorzugt, dass die Spalte nach außen offen sind, so dass das Kühlmedium von den Spalten nach außerhalb der Rotorscheibe abströmen kann. Dadurch kann durch die Prallkühlungsöffnungen ständig Kühlmedium strömen, wodurch ein kontinuierliches Kühlen der Rotorscheibe und der Laufschaufeln erzielt ist.
  • Die Laufschaufel weist bevorzugt ein aerodynamisch wirksames Schaufelblatt und eine radial zwischen dem Schaufelblatt und dem Schaufelfuß angeordnete, aerodynamisch wirksame Schaufelplattform auf, die mit ihrer radial innenliegenden Seite unter Ausbilden des Spalts in Radialabstand von dem Außenrand der Rotorscheibe angeordnet ist, wobei in dem der innenliegenden Seite zugewandten Oberflächenbereich des Außenrands mindestens eine der Prallkühlungsöffnungen vorgesehen ist, so dass die Schaufelplattform an ihrer radial innenliegenden Seite mit dem Kühlmedium, das durch die Prallkühlungsöffnung strömt, prallkühlbar ist. Dadurch kann vorteilhaft sowohl der Schaufelfuß als auch die Schaufelplattform mit dem Kühlmedium gekühlt werden, wodurch eine effektive Kühlung der Laufschaufel erzielt ist. Bevorzugt ist es, dass die Prallkühlungsöffnungen derart ausgebildet sind, dass das Kühlmedium, das aus den Prallkühlungsöffnungen ausströmt, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche der Laufschaufel trifft. Dadurch ist effektiv der thermische Wirkungsgrad der Prallkühlung hoch. Bevorzugtermaßen weist die Rotorscheibe eine Mehrzahl an Kühlkanälen auf, die via die Prallkühlungsöffnungen in die Spalte münden. Außerdem ist der Axialturbomaschinenrotor bevorzugt ein Axialturbinenrotor und das Kühlmedium ist bevorzugt Kühlluft.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axialturbinenrotors anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1
    eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Scheibe eines erfindungsgemäßen Axialturbinenrotors und
    FIG 2
    eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Scheibe mit einer Laufschaufel des erfindungsgemäßen Axialturbinenrotors.
  • Wie es aus FIG 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein Axialturbinenrotor 1 eine Scheibe auf, die rotationssymmetrisch um die Drehachse des Axialturbinenrotors 1 angeordnet ist. Am Außenrand 13 der Scheibe 2 ist eine Mehrzahl an über den Umfang der Scheibe 2 nebeneinanderliegenden Laufschaufeln 3 angeordnet, wobei die Laufschaufeln 3 einen Laufschaufelkranz bilden. Jede Laufschaufel 3 weist ein Schaufelblatt 4 auf, mit dem die Laufschaufel 3 mit einem Arbeitsmedium des Axialturbinenrotors 1 zusammenwirkt. Das Schaufelblatt 4 ist an der Scheibe 2 radial nach außen sich erstreckend angeordnet, wobei die Laufschaufel 3 am radial innenliegenden Ende des Schaufelblatts 4 einen Schaufelfuß 5 aufweist, mit dem das Schaufelblatt 4 an der Scheibe 2 befestigt ist. Zwischen dem Schaufelblatt 4 und dem Schaufelfuß 5 ist eine Schaufelplattform 6 an der Laufschaufel 3 ausgebildet, die in Axialrichtung und in Umfangsrichtung des Axialturbinenrotors 1 sich erstreckt, wobei die radial außenliegende Seite der Schaufelplattform 6 dem Arbeitsmedium und die radial innenliegende Seite 18 der Schaufelplattform 6 der Scheibe 2 zugewandt angeordnet sind.
  • Der Schaufelfuß 5 weist einen Fußhals 7 auf, der von der Schaufelplattform 6 radial nach innen sich erstreckt. An dem Fußhals 7 ist in Umfangsrichtung des Axialturbinenrotors 1 zeigend eine Mehrzahl an Fußzähnen 8 ausgebildet, wobei die Fußzähne 8 symmetrisch zur Längsachse des Fußhals 7 angeordnet sind. Am Außenumfang der Scheibe 2 ist für jeden Schaufelfuß 5 eine Halteaussparung 9 ausgebildet, die Nuten 10 aufweist, in die die Fußzähne 8 eingreifen. Die Halteaussparung 9 mit ihren Nuten 10 ist der Kontur des Schaufelfußes 5 mit den Fußzähnen 8 nachgebildet, so dass der Schaufelfuß 5 mit der Halteaussparung 9 formschlüssig in Eingriff steht. Dadurch, dass jeder Fußzahn 8 in die ihm zugeordnete Nut 10 eingreift und von dem Material der Scheibe 2 umgriffen ist, ist der Schaufelfuß 5 in der Halteaussparung 9 in Radialrichtung festgelegt.
  • Die Fußzähne 8 sind an dem Fußhals 7 im Wesentlichen in Axialrichtung des Axialturbinenrotors 1 sich erstreckend angeordnet, so dass in gleicher Weise die Nuten 10 ebenfalls einen Verlauf in Axialrichtung des Axialturbinenrotors 1 haben. Ferner sind die Fußzähne 8 zueinander parallel angeordnet und dadurch sind ebenfalls die Nuten 10 zueinander parallel angeordnet, so dass die Laufschaufel 3 zur Montage an die Scheibe 2 bzw. zur Demontage von der Scheibe 2 mit ihrem Schaufelfuß 5 in Axialrichtung in die Halteaussparung 9 eingeschoben bzw. aus der Halteaussparung 9 herausgeschoben werden kann. Ferner sind die Fußzähne 8 mit einer runden Kontur und ebenfalls die Nuten 8 mit einer entsprechenden runden Kontur gestaltet, so dass aufgrund von Kerbspannungseffekten das Spannungsniveau beim Betrieb des Axialturbinenrotors 1 in der Scheibe 2 und in dem Schaufelfuß 5 gering ist.
  • Jeder Fußzahn 8 weist eine radial innenliegende Flanke 16 und eine radial außenliegende Flanke 17 auf, wobei die Flanken 16, 17 zueinander geneigt ausgebildet sind. Insbesondere ist die radial außenliegende Flanke 17 zur Umfangsrichtung der Scheibe 2 derart geneigt, dass der Radius der radial außenliegenden Flanke 17 vom Fußhals 7 weg abnimmt. Beim Betrieb des Axialturbinenrotors 1 wirkt auf die Laufschaufel 3 eine Fliehkraft, die radial nach außen wirkt. Aufgrund der Neigung der radial außenliegenden Flanke 17 und der entsprechenden Formgebung der Nut 10 ergibt sich ein Selbstzentrierungseffekt des Schaufelfußes 5 in der Halteaussparung 9. Dabei liegt die radial außenliegende Flanke 17 an der Nut 10 an, so dass der Fußzahn 8 radial nach außen an der radial außenliegenden Flanke 17 in der Nut 10 abgestützt ist. Die Nut 10 ist um den Fußzahn 8 mit Spiel geformt, so dass ein unerwünschtes Verklemmen des Schaufelfußes 5 in der Halteaussparung 9 unterbunden ist, wodurch die Selbstzentrierungswirkung durch die Fußzähne 8 und die Nuten 10 ungestört ist. Dadurch, dass beim Betrieb des Axialturbinenrotors 1 der Fußzahn 8 mit seiner radial außenliegenden Flanke 17 in Berührkontakt mit der Nut 10 steht, stellt sich aufgrund des Spiels an der radial innenliegenden Flanke 16 ein Spalt 11 ein. An dem durch den Spalt 11 freigelegten Bereich der Nut 10 ist eine Mehrzahl an Prallkühlungsöffnungen 12 vorgesehen, durch die Kühlluft strömt. Tritt die Kühlluft aus den Prallkühlungsöffnungen 12 aus, strömt die Kühlluft in den Spalt 11 ein und kühlt den Fußzahn 8 an der radial innenliegenden Flanke 16 durch Prallkühlung. Die Halteaussparung 9 ist stirnseitig an der Scheibe 2 offen ausgebildet, so dass durch die Spalte 11 an den radial innenliegenden Flanken 16 nach außen offene Kühlkanäle ausgebildet sind. In die Kühlkanäle tritt durch die Prallkühlungsöffnungen 12 die Kühlluft, die durch die Kühlkanäle strömt und stirnseitig an der Scheibe 2 austritt.
  • Die Schaufelplattform 6 ist im Radialabstand an dem Außenrand 13 der Scheibe 2 angeordnet, so dass zwischen dem Scheibenaußenrand 13 und der radial innenliegenden Seite 18 der Schaufelplattform 6 ein Spalt 14 ausgebildet ist. Unterhalb der radial innenliegenden Seite 18 ist. Im Bereich des Spalts 14 ist im Scheibenaußenrand 13 eine Mehrzahl an Prallkühlungsöffnungen 15 ausgebildet, durch die Kühlluft strömt. Die Kühlluft prallt auf die radial innenliegende Seite 18, so dass die Schaufelplattform 6 von der Kühlluft durch Prallkühlung gekühlt ist. Durch den Spalt 14 ist am Scheibenaußenrand 13 ein Kühlkanal ausgebildet, der um die Schaufelplattform 6 nach außen offen ist. Dadurch kann die Kühlluft von den Prallkühlungsöffnungen 15 am Scheibenaußenrand 13 an der Schaufelplattform 6 vorbei nach außen austreten. Beim Betrieb des Axialturbinenrotors 1 steht die radial außenliegende Seite der Schaufelplattform 6 in Kontakt mit Heißgas, wodurch ein hoher Wärmeeintrag in die Schaufelplattform 6 beim Betrieb des Axialturbinenrotors vorliegt 1. Die an der radial innenliegenden Seite 18 der Schaufelplattform 6 auf die Kühlluft übertragene Wärme wird durch Konvektion von der Schaufelplattform 6 abtransportiert.

Claims (9)

  1. Axialturbomaschinenrotor mit einer Rotorscheibe (2) und einem Laufschaufelkranz,
    der eine Mehrzahl an Laufschaufeln (3) aufweist, die jeweils einen Schaufelfuß (5) aufweisen, mit dem die Laufschaufel (2) radial nach außen an der Rotorscheibe (2)
    festgelegt ist,
    wobei der Schaufelfuß (5) mit der Rotorscheibe (2) an deren Außenrand (13) formschlüssig derart in Eingriff steht, dass beim Betrieb des Axialturbomaschinenrotors (1) ein Spalt zwischen der Laufschaufel (3) und der Rotorscheibe (2) an einem vorherbestimmten Oberflächenbereich der Rotorscheibe (2) ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl an Prallkühlungsöffnungen (12, 15) angeordnet ist, durch die vom Inneren der Rotorscheibe (2) her ein Kühlmedium in den Spalt (11, 14) strömbar ist,
    wodurch mit dem Kühlmedium die Laufschaufel (2) durch Prallkühlung von dem Kühlmedium kühlbar ist.
  2. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 1,
    wobei die Rotorscheibe (2) an ihrem Außenrand (13) eine Halteaussparung (9) aufweist, in die der Schaufelfuß (2) mit seinem Fußhals (7) eingreift, der radial nach innen vorsteht und mindestens einen in Umfangsrichtung und/oder in Axialrichtung von dem Fußhals (7) vorstehenden Fußzahn (8) aufweist, der eine radial außen liegende Flanke (17) und eine radial innen liegende Flanke (16) aufweist,
    wobei mit einer in der Halteaussparung (9) vorgesehenen Fußzahnaussparung (10) der Fußzahn (8) derart umgriffen ist, dass beim Betrieb des Turbomaschinenrotors (1) der Schaufelfuß (5) mit der radial außen liegenden Flanke (16) an der Fußzahnaussparung (10) anliegt und zwischen der radial innen liegenden Flanke (17) und der Fußzahnaussparung (10) der Spalt (11) ausgebildet ist,
    wobei in dem der innen liegenden Flanke (16) zugewandten Oberflächenbereich der Fußzahnaussparung (10) mindestens eine der Prallkühlungsöffnungen (12) vorgesehen ist, so dass der Schaufelfuß (5) an der radial innen liegenden Flanke (16) mit dem Kühlmedium, das durch die Prallkühlungsöffnung (12) strömt, prallkühlbar ist.
  3. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 2,
    wobei die Fußzähne (8) an dem Fußhals (7) derart angeordnet und geformt sind, dass der Schaufelfuß (5) ein Tannenbaumprofil aufweist,
    wobei die Fußzahnaussparungen als Nuten (10) ausgebildet sind.
  4. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 3,
    wobei die Fußzähne (8) und die Nuten (10) in Axialrichtung verlaufen.
  5. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
    wobei die Spalte (11, 14) nach außen offen sind, so dass das Kühlmedium von den Spalten (11, 14) nach außerhalb der Rotorscheibe (2) abströmen kann.
  6. Axialturbomaschinenrotor gemäß Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Laufschaufel (3) ein aerodynamisch wirksames Schaufelblatt (4) und eine radial zwischen dem Schaufelblatt (4) und dem Schaufelfuß (5) angeordnete, aerodynamisch wirksame Schaufelplattform (6) aufweist, die mit ihrer radial innen liegenden Seite (18) unter Ausbilden des Spalts (14) im Radialabstand von dem Außenrand (13) der Rotorscheibe (2) angeordnet ist,
    wobei in dem der innen liegenden Seite (18) zugewandten Oberflächenbereich des Außenrands (13) mindestens eine der Prallkühlungsöffnungen (15) vorgesehen ist, so dass die Schaufelplattform (6) an ihrer radial innen liegenden Seite (13) mit dem Kühlmedium, das durch die Prallkühlungsöffnung (15) strömt, prallkühlbar ist.
  7. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
    wobei die Prallkühlungsöffnungen (12, 15) derart ausgebildet sind, dass das Kühlmedium, das aus den Prallkühlungsöffnungen (12, 15) ausströmt, im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche der Laufschaufel (2) trifft.
  8. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
    wobei die Rotorscheibe (2) eine Mehrzahl an Kühlkanälen aufweist, die via der Prallkühlungsöffnungen (12, 15) in die Spalte (11, 14) münden.
  9. Axialturbomaschinenrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
    wobei der Axialturbomaschinenrotor ein Axialturbinenrotor (1) ist und das Kühlmedium Kühlluft ist.
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