EP2918784A1

EP2918784A1 - Blade foot for a turbine blade

Info

Publication number: EP2918784A1
Application number: EP14159497.8A
Authority: EP
Inventors: Armin De Lazzer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-09-16
Also published as: CN106103903B; CN106103903A; JP2017517666A; KR101839261B1; JP6424233B2; US20170016336A1; WO2015135787A1; KR20160130494A; RU2656176C2; RU2016139990A; EP3087252A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (1) mit einem rhomboedrisch ausgeführten Schaufelfuß (3), wobei an den Ecken (16, 23, 24) des Rhomboeders eine Krümmung (20) angeordnet ist, die derart ausgeführt ist, dass im Betrieb eine plastische Verformung vermieden wird und nur eine elastische Verformung stattfindet.The invention relates to a turbine blade (1) with a rhombohedral blade root (3), wherein at the corners (16, 23, 24) of the rhombohedron a curvature (20) is arranged, which is designed such that avoided during operation a plastic deformation and only elastic deformation takes place.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß, wobei der Schaufelfuß und das Schaufelblatt entlang einer Schaufelachse ausgebildet sind, die senkrecht zu einer Rotationsachse ausgerichtet ist, wobei die Rotationsachse und die Schaufelachse eine Radiusfläche bilden und der Schaufelfuß eine Seitenfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur Radiusfläche ausgebildet ist.The invention relates to a turbine blade with an airfoil and a blade root, wherein the blade root and the blade are formed along a blade axis, which is aligned perpendicular to a rotation axis, wherein the axis of rotation and the blade axis form a radius surface and the blade root has a side surface which in the Is formed substantially perpendicular to the radius surface.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufelanordnung in einer Nut einer Strömungsmaschine.Furthermore, the invention relates to a method for producing a turbine blade arrangement in a groove of a turbomachine.

Unter der Sammelbezeichnung "Strömungsmaschine" werden Wasserturbinen, Dampf- und Gasturbinen, Windräder, Kreiselpumpen und Kreiselverdichter sowie Propeller zusammengefasst. Allen diesen Maschinen ist gemeinsam, dass sie den Zweck dienen, einem Fluid Energie zu entziehen, und damit eine andere Maschine anzutreiben oder umgekehrt, einem Fluid Energie zuzuführen, um dessen Druck zu erhöhen.Hydraulic turbines, steam and gas turbines, wind turbines, centrifugal pumps and centrifugal compressors as well as propellers are summarized under the collective term "Turbomachine". All these machines have in common that they serve the purpose of extracting energy from one fluid, thereby driving another machine, or conversely, supplying energy to a fluid to increase its pressure.

Dampfturbinen als Ausführungsform einer Strömungsmaschine umfassen im Wesentlichen einen drehbar gelagerten Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse. In der Regel werden Dampfturbinen aus einem Innengehäuse und einem Außengehäuse ausgebildet, wobei das Außengehäuse um das Innengehäuse angeordnet ist. Der Rotor umfasst auf den Umfang verteilte Turbinenlaufschaufeln, die in der Regel in Nuten benachbart zueinander angeordnet sind. Somit entstehen entlang der Rotationsachse mehrere hintereinander angeordnete Turbinenlaufschaufelreihen. Das Innengehäuse wiederum umfasst Turbinenleitschaufeln, die ebenso in einer Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind, so dass dadurch Turbinenleitschaufelreihen entstehen, die zwischen den Turbinenlaufschaufelreihen angeordnet sind. Im Betrieb strömt ein Dampf mit einer hohen thermischen Energie zwischen den Turbinenlaufschaufeln und den Turbinenleitschaufeln, wobei die thermische Energie des Dampfes in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt wird.Steam turbines as an embodiment of a turbomachine essentially comprise a rotatably mounted rotor and a housing arranged around the rotor. In general, steam turbines are formed from an inner housing and an outer housing, wherein the outer housing is arranged around the inner housing. The rotor includes circumferentially distributed turbine blades, which are typically disposed in grooves adjacent to one another. Thus arise along the rotation axis a plurality of successively arranged turbine blade rows. The inner housing, in turn, includes turbine vanes which are also disposed adjacent to each other in a circumferential direction to thereby form turbine vane rows disposed between the turbine blade rows are. In operation, a high thermal energy steam flows between the turbine blades and the turbine vanes, converting the thermal energy of the steam into rotational energy of the rotor.

Die Montage der einzelnen Bauteile, wie zum Beispiel der Turbinenlaufschaufeln in die Nut erfolgt bei Raumtemperatur. Im Betrieb hingegen können Temperaturen von über 600°C auftreten, was zu erhöhten technischen Anforderungen an den Bau solcher Strömungsmaschinen führt.The assembly of the individual components, such as the turbine blades in the groove takes place at room temperature. In operation, however, temperatures of over 600 ° C may occur, which leads to increased technical requirements for the construction of such turbomachinery.

Turbinenkomponenten im Allgemeinen sind somit im Betrieb transienten thermischen Belastungen ausgesetzt, das bedeutet, dass thermische Änderungen dazu führen, dass die einzelnen Turbinenkomponenten erwärmt oder abgekühlt werden. Die Wärmekapazitäten und die Größen der Bauteile sind in der Regel unterschiedlich, was zu dem Effekt führt, dass einzelne Turbinenkomponenten einer Temperaturänderung unterschiedlich folgen. Weniger massive Turbinenkomponenten werden schneller erwärmt oder abgekühlt als massivere Turbinenkomponenten.Turbine components in general are thus exposed to transient thermal stresses during operation, that is, thermal changes cause the individual turbine components to be heated or cooled. The heat capacities and the sizes of the components are usually different, which leads to the effect that individual turbine components follow a temperature change differently. Less massive turbine components are heated or cooled faster than more massive turbine components.

Die im Strömungsmaschinenbau eingesetzten Stähle weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ungleich Null auf, was dazu führt, dass die Abmessungen der Turbinenkomponenten mit Änderung der Temperatur sich ändern. In der Regel werden die Turbinenkomponenten mit zunehmender Temperatur größer. Dies führt dazu, dass während transienter Temperaturänderungen Verspannungen zwischen Komponenten entstehen können, die unterschiedlich schnell durchwärmt werden. Insbesondere können Spannungen zwischen Turbinenkomponenten unterschiedlicher Größe entstehen, da diese unterschiedlich schnell durchwärmt werden.The steels used in turbomachinery have a coefficient of non-zero thermal expansion, which causes the dimensions of the turbine components to change as the temperature changes. As a rule, the turbine components become larger with increasing temperature. As a result, during transient temperature changes, stresses can arise between components that are heated at different speeds. In particular, stresses between turbine components of different sizes can arise, since they are heated at different speeds.

Diese Verspannungen können zu erheblichen mechanischen Belastungen für die Turbinenkomponenten bis hin zur Schädigung der Turbinenkomponente führen.These tensions can lead to considerable mechanical stress on the turbine components up to the damage of the turbine component.

Somit stellt es eine Herausforderung dar, Strömungsmaschinen insbesondere im transienten Betrieb auszulegen. Aufgrund der Kompensation fluktuierender Stromeinspeisung durch erneuerbare Energie ist der Betrieb von Dampfturbinen dadurch geprägt, dass diese in stark zunehmendem Maße im Lastwechselbetrieb betrieben werden müssen. Dabei wird im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit eines Kraftwerks der Fokus darauf gesetzt, dass auf eine schnelle Änderung der Last eine schnelle Reaktion der Dampfturbine erfolgt.Thus, it is a challenge to design turbomachines, especially in transient operation. Due to the compensation of fluctuating power supply by renewable energy, the operation of steam turbines is characterized by the fact that they must be operated to a much increasing extent in the load change operation. With regard to the profitability of a power plant, the focus is placed on a rapid reaction of the steam turbine to a rapid change of the load.

Je größer der Lastwechselgradient und je kürzer die Startzeit, umso größer steigen die thermischen Belastungen der Turbinenkomponenten und somit auch die Gefahr, dass die einzelnen Turbinenkomponenten durch thermische Spannungen geschädigt werden. Ebenso problematisch sind Temperatursprünge, die in einem gewissen Rahmen eingehalten werden müssen.The larger the load change gradient and the shorter the start time, the greater the thermal loads on the turbine components and thus also the danger that the individual turbine components are damaged by thermal stresses. Temperature jumps that must be kept to a certain extent are equally problematic.

Eine Turbinenkomponente stellt beispielsweise der Rotor und eine Turbinenschaufel dar. Die Turbinenschaufeln werden in Nuten, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, dicht aneinander angelegt. Die vom im Betrieb aufkommenden Dampf umströmten Turbinenschaufeln nehmen Temperaturänderungen des Dampfes sehr schnell auf, was damit zusammenhängt, dass Turbinenschaufeln wie Kühl- oder Heizrippen mit großer Oberfläche relativ zu ihrem Volumen wirken. Demgegenüber ist der Rotor dem im Betrieb aufkommenden Dampf nur entlang einer vergleichsweise kleinen Oberfläche, relativ zu seinem Volumen gesehen, ausgesetzt. Somit durchwärmt der Rotor im Vergleich zu einer Turbinenschaufel wesentlich langsamer. Das bedeutet, dass zum Beispiel eine Laufschaufelreihe die Wärme schneller aufnimmt und ebenso schneller thermisch wächst als der Rotor, so dass das thermische Wachstum des Rotors hinter dem Wachstum der Turbinenschaufeln zurückgeht.A turbine component is, for example, the rotor and a turbine blade. The turbine blades are placed close to each other in grooves that are arranged in the circumferential direction. The turbine vanes that flow around the plant during operation absorb changes in the temperature of the steam very rapidly, due to turbine blades acting as large surface area cooling or heating fins relative to their volume. On the other hand, the rotor is exposed to the steam arising in operation only along a comparatively small surface, relative to its volume. Thus, the rotor heats up much slower compared to a turbine blade. This means, for example, that a blade row absorbs the heat more quickly and thermally grows faster than the rotor, so that the thermal growth of the rotor goes back behind the growth of the turbine blades.

Es entstehen thermisch bedingte Spannungen in der Verankerung der Turbinenschaufeln. Da die Schaufelreihe im Durchmesser nicht wachsen kann, entstehen auch Druckspannungen in Umfangsrichtung.Thermally induced stresses arise in the anchoring of the turbine blades. Since the blade row can not grow in diameter, compressive stresses also occur in the circumferential direction.

Turbinenschaufeln weisen ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuß auf. Bestimmte Ausführungsformen von Schaufelfüßen weisen einen rhombischen Querschnitt auf. Im Montagezustand liegen die rhombisch geformten Schaufelfüße eng aneinander an. Im Betrieb entstehen in Folge thermischer Gradienten Druckspannungen, was dazu führt, dass Drehkräfte am Turbinenschaufelfuß wirken. Das führt dazu, dass die Ecken des Rhombus axial in die Welle getrieben werden. Die Kräfte können derart groß sein, dass die Ecken des Schaufelfußes oder des Rotors plastisch verformt werden. Das führt dazu, dass an dieser Stelle die Turbinenschaufelfüße nicht mehr eng anliegen und locker werden.Turbine blades have an airfoil and a blade root. Certain embodiments of blade roots have a rhombic cross-section. In the assembled state, the rhombic shaped blade feet rest close to each other. During operation, compressive stresses arise as a result of thermal gradients, which causes rotational forces to act on the turbine blade root. This causes the corners of the rhombus to be driven axially into the shaft. The forces can be so great that the corners of the blade root or the rotor are plastically deformed. The result is that at this point the turbine blade feet no longer fit snugly and loosen.

Um dieses Problem zu vermeiden wird üblicherweise die Dampfturbine derart betrieben, dass Temperaturänderungen unter einem zulässigen Rahmen bleiben.To avoid this problem, usually the steam turbine is operated such that temperature changes remain below a permissible range.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Turbinenschaufel anzugeben, die schnellere Temperaturänderungen während des Betriebes zulässt.It is therefore an object of the invention to provide a turbine blade that allows for faster temperature changes during operation.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Turbinenschaufel mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß, wobei der Schaufelfuß und das Schaufelblatt entlang einer Schaufelachse ausgebildet sind, die senkrecht zu einer Rotationsachse ausgerichtet ist, wobei die Rotationsachse und die Schaufelachse eine Radiusfläche bilden und der Schaufelfuß eine Seitenfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zur Radiusfläche ausgebildet ist, wobei die Seitenfläche entlang einer Umfangssenkrechten zur Schaufelachse abschnittsweise eine Krümmung aufweist.This object is achieved by a turbine blade with an airfoil and a blade root, wherein the blade root and the blade are formed along a blade axis, which is aligned perpendicular to a rotation axis, wherein the axis of rotation and the blade axis form a radius surface and the blade root has a side surface, which is formed substantially perpendicular to the radius surface, wherein the side surface has a curvature in sections along a perimeter perpendicular to the blade axis.

Die Aufgabe wird ebenso durch ein Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufelanordnung in einer Nut einer Strömungsmaschine gelöst, wobei die Turbinenschaufelfüße derart geformt werden, dass im Betrieb auftretende Kräfte von den Turbinenschaufelfüßen auf die Nut nicht zu einer plastischen Verformung führen.The object is also achieved by a method of manufacturing a turbine blade assembly in a groove of a turbomachine, wherein the turbine blade feet are shaped such that operational forces from the turbine blade roots Do not cause plastic deformation on the groove.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments are specified in the subclaims.

Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, die Geometrie der Schaufelfüße lokal zu ändern, so dass bei der zu erwartenden Reaktion auf thermische Transienten die Tendenz zur plastischen Verformung minimiert wird. Durch die Krümmung in der Seitenfläche wird der Effekt erreicht, dass bei einer im Betrieb auftretenden zunehmenden Verdrehung der Turbinenschaufel die Kraftübertragung geringer wird, so dass die resultierenden Spannungen begrenzt werden und eine plastische bleibende Verformung unterdrückt wird. Dadurch können größere Temperaturdifferenzen oder Gradienten berücksichtigt werden, ohne dass dies zu einer Schaufellockerung führt. Dies ist insbesondere beim Anfahren bzw. bei einem Start einer Dampfturbine von Vorteil, da keine plastische Verformung und eine sukzessive Schaufellockerung erfolgt. Erreicht wird dadurch eine flexiblere Fahrweise, die sich in kürzeren Startzeiten, schnelleren Lastwechseln und ähnliches zeigt.The invention thus proposes to change the geometry of the blade roots locally, so that the tendency to plastic deformation is minimized in the expected reaction to thermal transients. Due to the curvature in the side surface, the effect is achieved that, in the event of an increasing rotation of the turbine blade during operation, the force transmission becomes smaller, so that the resulting stresses are limited and a plastic permanent deformation is suppressed. As a result, larger temperature differences or gradients can be taken into account without this leading to blade loosening. This is particularly advantageous when starting up or when starting a steam turbine, since there is no plastic deformation and a successive blade loosening. This results in a more flexible driving style, which is reflected in shorter start times, faster load changes and the like.

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung wird die Krümmung durch eine konvexe Krümmung beschrieben. Somit können sich die übertragenen Kräfte optimal verteilen.In a first advantageous embodiment, the curvature is described by a convex curvature. Thus, the transmitted forces can be optimally distributed.

Die Krümmung erfolgt vorteilhafterweise an der Seitenfläche ab der Hälfte, da die übertragenen Kräfte eher an den Rändern der Seitenflächen zu erwarten sind. Vorteilhafterweise ist die Krümmung derart ausgebildet, dass im Betrieb lediglich eine elastische Verformung erfolgt. Vorteilhafterweise wird somit verhindert, dass keine plastische Verformung erfolgt.The curvature takes place advantageously on the side surface from half, since the transmitted forces are more likely to be expected at the edges of the side surfaces. Advantageously, the curvature is designed such that only an elastic deformation takes place during operation. Advantageously, it is thus prevented that no plastic deformation takes place.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment.

Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht zweier Turbinenschaufeln,
Figur 2: eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Turbinenschaufel,
Figur 3: eine Draufsicht mehrerer hintereinander angeordneter Turbinenschaufeln im Montagezustand,
Figur 4: Darstellung der Deckbänder im Montagezustand,
Figur 5: Darstellung der Deckbänder bei thermischer Ausdehnung,
Figur 6: Darstellung der Deckbänder bei thermischer Ausdehnung und übertragener Kräfte,
Figur 7: vergrößerte Darstellung eines Details aus Figur 6,
Figur 8: vergrößerte Darstellung eines Turbinenschaufelfußes.

Show it:

FIG. 1: a perspective view of two turbine blades,
FIG. 2: a perspective view of a single turbine blade,
FIG. 3: a top view of a plurality of successively arranged turbine blades in the assembled state,
FIG. 4: Representation of the shrouds in the assembled state,
FIG. 5: Representation of the shrouds during thermal expansion,
FIG. 6: Representation of the shrouds during thermal expansion and transmitted forces,
FIG. 7: enlarged view of a detail FIG. 6 .
FIG. 8: enlarged view of a turbine blade foot.

Die Figur 1 zeigt eine Turbinenschaufel 1. Die Turbinenschaufel 1 kann eine Turbinenleitschaufel oder Turbinenlaufschaufel sein. Die Turbinenschaufel 1 weist ein Schaufelblatt 2 und einen Schaufelfuß 3 auf, die entlang einer Schaufelachse 4 angeordnet sind. Die Schaufelachse 4 entspricht im Wesentlichen der länglichen Ausbildung der Turbinenschaufel 1. Das Schaufelblatt 2 ist profiliert und ist zum Einbau in eine Strömungsmaschine, insbesondere einer Dampfturbine vorgesehen. Die Turbinenschaufel 1 wird in einer nicht näher dargestellten Nut eingefügt. Diese Nut ist in einem Rotor (nicht dargestellt), wobei der Rotor um eine Rotationsachse 5 ausgebildet ist. Der Rotor rotiert somit in einer Drehrichtung 6 um die Rotationsachse 5. Die Schaufelachse 4 ist hierbei senkrecht auf der Rotationsachse 5 ausgebildet. Die Rotationsachse 5 und die Schaufelachse 4 bilden eine Radiusfläche 7. Der Schaufelfuß 3 weist eine Seitenfläche 8 auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Radiusfläche 7 ausgebildet ist. In Figur 1 ist ein System 9 dargestellt, in der die Anordnung der Rotationsachse 5 der Schaufelachse 4 und der Seitenfläche 8 dargestellt ist. Die Schaufelachse 4 ist senkrecht zur Rotationsachse 5 gerichtet. Durch die Schaufelachse 4 und die Rotationsachse 5 ist eine Radiusfläche 7 gebildet. Die Seitenfläche 8 ist senkrecht zur Radiusfläche 7 angeordnet. In der perspektivischen Darstellung der Turbinenschaufel 1 ist eine Umfangsrichtung 10 teilweise dargestellt und entspricht im Wesentlichen der Oberfläche eines nicht näher dargestellten Rotors und einer nicht näher dargestellten Nut. Der Schaufelfuß 3 hat eine Vorderfläche 11 und eine Rückfläche 12, die in der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 1 nicht darstellbar ist. In der Seitenfläche 8 ist eine Aussparung 13 angeordnet.The FIG. 1 shows a turbine blade 1. The turbine blade 1 may be a turbine vane or turbine blade. The turbine blade 1 has an airfoil 2 and a blade root 3, which are arranged along a blade axis 4. The blade axis 4 essentially corresponds to the elongated design of the turbine blade 1. The blade 2 is profiled and is intended for installation in a turbomachine, in particular a steam turbine. The turbine blade 1 is inserted in a groove, not shown. This groove is in a rotor (not shown), wherein the rotor is formed about a rotation axis 5. The rotor thus rotates in a direction of rotation 6 about the axis of rotation 5. The blade axis 4 is in this case formed perpendicular to the axis of rotation 5. The rotation axis 5 and the blade axis 4 form a radius surface 7. The blade root 3 has a side surface 8, which is formed substantially perpendicular to the radius surface 7. In FIG. 1 a system 9 is shown, in which the arrangement of the axis of rotation 5 of the blade axis 4 and the side surface 8 is shown. The blade axis 4 is directed perpendicular to the axis of rotation 5. By the blade axis 4 and the axis of rotation 5, a radius surface 7 is formed. The side surface 8 is arranged perpendicular to the radius surface 7. In the perspective view of the turbine blade 1, a circumferential direction 10 is partially shown and corresponds substantially to the surface of a rotor, not shown, and a not-shown groove. The blade root 3 has a front surface 11 and a rear surface 12, which in the perspective view according to FIG. 1 can not be displayed. In the side surface 8, a recess 13 is arranged.

Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Turbinenschaufel 1. Der Unterschied zur Turbinenschaufel 1 gemäß Figur 1 ist, dass der Schaufelfuß 3 eine Tannenbaumform 13 aufweist, die in eine entsprechende komplementäre Tannenbaumnut im Rotor angeordnet wird.The FIG. 2 shows an alternative embodiment of a turbine blade 1. The difference from the turbine blade 1 according to FIG. 1 in that the blade root 3 has a Christmas tree shape 13 which is arranged in a corresponding complementary Christmas tree groove in the rotor.

In der Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Schaufelanordnung umfassend in Umfangsrichtung 10 hintereinander eng anliegenden Turbinenschaufeln 1. Der Schaufelfuß 3 weist eine Deckplatte 14 auf, die rhombisch ausgebildet ist. Auf der Deckplatte 14 ist das Schaufelblatt 2 angeordnet. Das bedeutet, dass die Vorderfläche 11 der Deckplatte 14 an der Rückfläche 12 der Deckplatte 14 anliegt. Dabei können sich die Vorderfläche 11 und die Rückfläche 12 berühren. Somit entsteht in Umfangsrichtung 10 eine komplette Turbinenschaufelreihe. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur lediglich drei Turbinenschaufeln 1 dargestellt. Der Schaufelfuß 3 umfasst in Umfangsrichtung 10 gesehen eine Breite 15 auf. Der nicht näher dargestellte Rotor umfasst eine Nut, die ebenfalls die Breite 15 aufweist. Somit legen die Seitenflächen 8 im Montagezustand an entsprechende Nutflächen der Nut an.In the FIG. 3 is a plan view of a blade assembly comprising in the circumferential direction 10 successively closely fitting turbine blades 1. The blade root 3 has a cover plate 14 which is formed rhombic. On the cover plate 14, the airfoil 2 is arranged. This means that the front surface 11 of the cover plate 14 rests against the rear surface 12 of the cover plate 14. In this case, the front surface 11 and the rear surface 12 may touch. This results in the circumferential direction 10, a complete turbine blade row. For the sake of clarity, only three turbine blades 1 are shown. The blade root 3, viewed in the circumferential direction 10, has a width 15. The rotor, not shown, includes a groove, which is also the width 15 has. Thus, the side surfaces 8 in the assembled state to corresponding groove surfaces of the groove.

Dies ist in Figur 4 dargestellt, in der lediglich drei Deckplatten 14 der Schaufelfüße 3 dargestellt sind. Auf die Darstellung des Schaufelblattes 2 wurde verzichtet. Die Figur 4 stellt den Montagezustand bei beispielsweise Raumtemperatur dar. Zu sehen ist, dass die Breite 15, die die Breite der Deckplatte 14 und die Breite der Nut darstellt, im Wesentlichen gleich ist.This is in FIG. 4 shown, in which only three cover plates 14 of the blade roots 3 are shown. On the presentation of the airfoil 2 was omitted. The FIG. 4 It shows that the width 15, which represents the width of the cover plate 14 and the width of the groove, is substantially the same.

In bestimmten Betriebsbedingungen, wie beispielsweise bei einem transienten Betrieb, könnte sich die Deckplatte 14 bzw. Schaufelfuß 3 schneller erwärmen als die Nut des Rotors, so dass in Figur 5 dieser theoretische Zustand dargestellt wird, wobei zu sehen ist, dass die Nut nach wie vor die Breite 15 umfasst, da in einem transienten Betrieb aufgrund der großen Masse des Rotors eine Temperaturausdehnung geringfügig stattgefunden hat. Die Deckplatte 14 des Schaufelfußes 3 hingegen ist durch die geringe Masse thermisch stärker auf die Breite 15a gedehnt. Zu erkennen ist, dass die thermisch ausgedehnte Breite 15a größer ist als die Breite 15. Des Weiteren ist zu sehen, dass in der Umfangsrichtung 10 gesehen, die thermische Ausdehnung der Deckplatte 14 ebenso derart ist, dass eine Überlappung theoretisch möglich ist. Dies führt zu Spannungszuständen, die zu einer Drehung der Deckplatten 14 führt, wie sie in Figur 6 dargestellt ist. In Figur 6 ist der reale Zustand dargestellt, bei der die Deckplatten 14 mit den Schaufelfüßen 3 eine geringfügige Drehung gegen den Uhrzeigersinn führen. Das führt dazu, dass an den Ecken 16 die Seitenfläche 8 gegen die Nutwand der Nut gedrückt wird. Dies wird in Figur 6 dargestellt in den mit den Kreisen 17 hervorgehobenen Details. Dieser Zustand kann zu plastischen Verformungen der Seitenfläche 8 an der Ecke 16 der Deckplatte 14 führen.In certain operating conditions, such as in a transient operation, the cover plate 14 or blade root 3 could heat up faster than the groove of the rotor, so that in FIG. 5 this theoretical state is shown, wherein it can be seen that the groove still comprises the width 15, since in a transient operation due to the large mass of the rotor, a temperature expansion has taken place slightly. The cover plate 14 of the blade root 3, however, is thermally more stretched by the low mass to the width 15a. It can be seen that the thermally extended width 15a is greater than the width 15. Furthermore, it can be seen that in the circumferential direction 10, the thermal expansion of the cover plate 14 is also such that an overlap is theoretically possible. This leads to stress conditions, which leads to a rotation of the cover plates 14, as in FIG. 6 is shown. In FIG. 6 the real state is shown, in which the cover plates 14 with the blade roots 3 lead a slight counterclockwise rotation. This causes the side surface 8 is pressed against the groove wall of the groove at the corners 16. This will be in FIG. 6 represented in the highlighted with the circles 17 details. This condition can lead to plastic deformation of the side surface 8 at the corner 16 of the cover plate 14.

In Figur 7 ist dieser Sachverhalt nochmal hervorgehoben. Die Linie 18 symbolisiert die Nutwand, wobei das im Kreis 17 dargestellte Detail rechts in Figur 7 vergrößert dargestellt ist. Der Schaufelfuß 3 wird an der Ecke 16 derart ausgebildet, dass die Seitenfläche 8 entlang einer Umfangssenkrechten 19 zur Schaufelachse 4 abschnittsweise eine Krümmung 20 aufweist. Diese Krümmung 20 beginnt im Wesentlichen ungefähr ab der Mitte 21 der Seitenfläche 8 und ist in einer ersten Näherungsform geradlinig ausgeführt. Die Seitenfläche 8 ist planar in einer Ebene bis zur Mitte 21 ausgeführt und vollzieht ab der Mitte 21 den Knick, der zur Krümmung 20 führt.In FIG. 7 this fact is highlighted again. The line 18 symbolizes the groove wall, wherein the detail shown in the circle 17 on the right in FIG. 7 shown enlarged is. The blade root 3 is formed at the corner 16 such that the side surface 8 has a curvature 20 in sections along a peripheral perpendicular 19 to the blade axis 4. This curvature 20 essentially begins approximately from the center 21 of the side surface 8 and is rectilinear in a first approximation. The side surface 8 is executed planar in a plane to the center 21 and performs from the center 21 of the bend, which leads to the curvature 20.

Die Krümmung 20 beginnt in der Mitte 21 und führt bis zu einem Seitenrand 22, der mit der Vorderfläche 11 übereinstimmt. Die Krümmung 20 ist dabei derart ausgebildet, dass im Betrieb lediglich eine elastische Verformung der Deckplatte 14 erfolgt. Insbesondere ist die Krümmung 20 derart, dass keine plastische Verformung entsteht. Die Krümmung 20 verläuft zum Seitenrand 22 hin. Die Seitenfläche 8 und die Vorderseite 11 bilden eine Ecke 23. Die Ecke 23 ist unter einem Winkel von 90 Grad also spitz ausgebildet. Diametral gegenüber der Ecke 23 ist die Ecke 24 ausgebildet, die zwischen der Rückseite 12 und der Seitenfläche 8 entsteht. Die Ecke 24 weist ebenso ab der Mitte 21 eine Krümmung 20 zum Seitenrand 22 hin auf. In Richtung der Schaufelachse 4 ist der Schaufelfuß 3 rhomboedrisch ausgebildet. Die Seitenfläche 8 ist im Wesentlichen bis zur Hälfte bzw. Mitte 21 zur Umfangssenkrechten 19 ebenflächig ausgebildet.The curvature 20 begins at the center 21 and leads to a side edge 22 which coincides with the front surface 11. The curvature 20 is designed such that only an elastic deformation of the cover plate 14 takes place during operation. In particular, the curvature 20 is such that no plastic deformation occurs. The curvature 20 extends to the side edge 22. The side surface 8 and the front side 11 form a corner 23. The corner 23 is so pointed at an angle of 90 degrees. Diametrically opposite the corner 23, the corner 24 is formed, which is formed between the back 12 and the side surface 8. The corner 24 also has from the center 21 a curvature 20 to the side edge 22 toward. In the direction of the blade axis 4 of the blade root 3 is formed rhombohedral. The side surface 8 is substantially planar up to half or center 21 to the peripheral perpendicular 19.

Die Turbinenschaufel 1 ist zum Einbau in eine eine Nutfläche aufweisende Nut eines Rotors einer Strömungsmaschine, insbesondere Dampfturbine ausgebildet, wobei die Seitenflächen im Montagezustand an den Seitenflächen der Nutfläche anliegen.The turbine blade 1 is designed for installation in a slot having a groove of a rotor of a turbomachine, in particular a steam turbine, wherein the side surfaces in the assembled state rest on the side surfaces of the groove surface.

Die Figur 8 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Turbinenschaufelfußes in einer Draufsicht. Zu sehen ist neben einer ersten Ausführungsform, bei der die Krümmung 20 als eine Gerade 20a ausgebildet ist, eine gebogene konvexe Krümmung 20b.The FIG. 8 shows an enlarged view of the turbine blade root in a plan view. It can be seen in addition to a first embodiment in which the curvature 20 is formed as a straight line 20a, a curved convex curvature 20b.

Claims

Turbine blade (1) with an airfoil (2) and a blade root (3),
the blade root (3) and the blade leaf (2) being formed along a blade axis (4) oriented perpendicular to a rotation axis (5),
wherein the rotation axis (5) and the blade axis (4) form a radius surface (7) and
the blade root (3) has a side surface (8) which is essentially perpendicular to the radius surface (7),
characterized in that
the side surface (8) has a curvature (20) in sections along a peripheral perpendicular (19) to the blade axis (4).

Turbine blade (1) according to claim 1,
wherein the curvature (20) is convex.

Turbine blade (1) according to claim 1,
wherein the side surface (8) of the blade root (3) is bounded by side edges (22) and the convex curvature (20b) extends to the side edge (22).

Turbine blade (1) according to claim 1 or 3,
wherein the convex curvature (20b) are diametrically opposed to the side edges (22).

Turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
wherein the blade root (3) is rhombohedral seen in the direction of the blade axis (4).

Turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
wherein the side surface (8) is substantially planar over half the periphery of the circumference (19) and the curvature (20) is arranged halfway.

Turbine blade (1) according to one of the preceding claims,
wherein the turbine blade (1) is designed for installation in a groove having a groove surface of a rotor of a turbomachine and, in the assembled state, abuts the side surface (8) against the groove surface,
wherein during operation of the turbomachine a force from the blade root (3) via the side surface (8) on the groove surface occurs,
wherein the curvature (20) is formed such that an elastic deformation takes place.

Turbine blade (1) according to claim 7,
where no plastic deformation takes place.

Method for producing a turbine blade arrangement in a groove of a turbomachine,
wherein the turbine blade roots (3) are shaped such that forces occurring during operation of the turbine blade roots (3) on the groove do not result in plastic deformation.

Method according to claim 8,
wherein the turbine blade roots (3) have a side abutting the groove (8) and this side surface (8) is formed with a curvature (209).

Method according to claim 10,
wherein the curvature is convex (20b).