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EP1079070B1 - Heatshield for a turbine rotor - Google Patents

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Publication number
EP1079070B1
EP1079070B1 EP00810682A EP00810682A EP1079070B1 EP 1079070 B1 EP1079070 B1 EP 1079070B1 EP 00810682 A EP00810682 A EP 00810682A EP 00810682 A EP00810682 A EP 00810682A EP 1079070 B1 EP1079070 B1 EP 1079070B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
heat shield
shield unit
contour
toothed
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00810682A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1079070A3 (en
EP1079070A2 (en
Inventor
Herbert Brandl
Peter Marx
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.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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 Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1079070A2 publication Critical patent/EP1079070A2/en
Publication of EP1079070A3 publication Critical patent/EP1079070A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1079070B1 publication Critical patent/EP1079070B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/066Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/40Use of a multiplicity of similar components

Definitions

  • the invention relates to a device for separating one with a hot Working medium flowed through the space range of one, preferably coolable, Space within a rotor assembly of a turbomachine, preferably a gas turbine, arranged with at least two axially behind one another Rotor disks, the at least one connection region fixedly connected to each other are and at least in the region of their radial peripheral edges from each other are spaced apart, and with a flat heat accumulation unit, the between two adjacent rotor disks is arranged and two connecting edges along which the heat accumulation unit in each case in the region of the peripheral edges the adjacent rotor disks can be brought into operative connection, and the one Rotor side extending between the two rotor discs gap covers.
  • the heat accumulation units are mainly used to shape the interior a gas turbine provided hot gas channel at its rotor facing Diameter and protects rotor structural parts against overheating.
  • Figure 1 is a cross-sectional view through two adjacent rotor disks a bolted rotor shown on the screw connection not in detail will be received.
  • the about an axis of rotation A rotating, adjacent Rotor disks 1, 2 see at their peripheral peripheral edge 3 receiving units for the connection of blades 4, 5 before.
  • a vane 12 is introduced between the two adjacent rotor disks 1, 2 an annular Heat accumulation unit 8 firmly integrated.
  • the invention is based on the object, a device for separating a with a hot working medium flowed through space area of a room area within a rotor assembly of a turbomachine in the form of a heat accumulation unit the aforementioned genus in such a way that preferably in completely pre-assembled rotor disc assemblies the subsequent Integration of a heat accumulation unit is possible, the state of the art does not have listed disadvantages.
  • the heat accumulation unit as a completely ring-shaped structure between two fixed Pre-assembled rotor disks by means of an intimate but detachable joint connection contribute.
  • the heat accumulation unit should also be the highest Tightness between the flow channel and the rotor side facing gap allow to have minimal sealing gaps and a mechanical stable and stress-optimized shape and geometry.
  • the invention is based on a device for separating one with a hot Working medium flowed through space area of a space area within a rotor assembly of a flow machine, preferably a gas turbine, the at least two axially successively arranged rotor discs provides.
  • the rotor disks are firmly connected to each other via at least one connection area, for example, by a welded joint, being in the range of their Radial peripheral edges are spaced from each other.
  • each individual connection element sees for the sake of a form-fitting Connection at least one mold section before, the remaining contour surmounted by the connecting element.
  • the mold section as Swallowtail process be formed or in the simplest sense across the Be elongated longitudinal extension of the connecting element.
  • each is in the region of the peripheral edge of the rotor disks, to the toothed contour the connecting edges of the heat accumulating unit in approximately corresponding toothed Contour contour provided with raised teeth, each providing recesses, the exact fit one, the mold sections corresponding counter contour correspond.
  • the heat accumulation unit has, to the axially encircling counter contour corresponding curvature, whose inner radius is approximately the outer radius the radially encircling counter contour in the region of the peripheral edge of the rotor disk equivalent.
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section of a rotor arrangement through two Rotor disks 1, 2 at the radial peripheral edge 3 blades 4, 5 are provided are. Between the blades 4, 5, a guide blade 12 protrudes.
  • Both rotor discs 1, 2 are fixedly connected to each other via a weld 11 and rotate together about the axis of rotation A.
  • a weld 11 In the peripheral area, near her Peripheral edges see the rotor disks 1, 2 on both sides opposite counter contours 13, 14 into which the connecting edges 15, 16 protrude.
  • the mating contours 13, 14 and the connecting edges 15, 16 each have one toothed contour, which is formed corresponding to each other. So attacks in the illustrated case according to Figure 3, the connecting element 17 with its dovetail trained mold section 18 in the corresponding recess 19th of the tooth 20 in the mating contour 13.
  • FIG. 4 shows a section of a perspective view of a section through the rotor disks 1 and 2 shown, the fixed together via a weld 11 are connected.
  • the rotor disk 1 the counter contour 13
  • a plurality of juxtaposed teeth 20 with therebetween Interdental spaces 21 provides.
  • the teeth 20 have recesses 19, which in the illustrated Example, provide a dovetail cutout.
  • the heat accumulation unit 8 introduced, which has a curved surface shape.
  • Your connecting edges 15, 16 have toothed elements 17 which at the bottom of a mold section Provide 18, which is formed in the manner of a dovetail.
  • the mold sections 18 In the illustrated Case sit the mold sections 18 in the recesses 19 and secure due its shape, the heat accumulation unit 8 radial direction.
  • the tooth elements 17 are axially opposite the interdental spaces 21 of the counter contours 13, 14 placed and in Axial direction between the rotor disks 1, 2 shifted.

Landscapes

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

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem, vorzugsweise kühlbaren, Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, mit wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Rotorscheiben, die über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbindbar sind und wenigstens im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind, und mit einer flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit, die zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben angeordnet ist und zwei Verbindungskanten aufweist, entlang derer die Wärmestaueinheit jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben in Wirkverbindung bringbar ist, und die einen rotorseitig sich zwischen beiden Rotorscheiben erstreckenden Zwischenraum abdeckt. Die Wärmestaueinheiten dienen hauptsächlich der Formgebung des im Inneren einer Gasturbine vorgesehenen Heißgaskanals an seinem dem Rotor zugewandten Durchmessers und schützt Rotorstrukturteile gegen Überhitzung.The invention relates to a device for separating one with a hot Working medium flowed through the space range of one, preferably coolable, Space within a rotor assembly of a turbomachine, preferably a gas turbine, arranged with at least two axially behind one another Rotor disks, the at least one connection region fixedly connected to each other are and at least in the region of their radial peripheral edges from each other are spaced apart, and with a flat heat accumulation unit, the between two adjacent rotor disks is arranged and two connecting edges along which the heat accumulation unit in each case in the region of the peripheral edges the adjacent rotor disks can be brought into operative connection, and the one Rotor side extending between the two rotor discs gap covers. The heat accumulation units are mainly used to shape the interior a gas turbine provided hot gas channel at its rotor facing Diameter and protects rotor structural parts against overheating.

Stand der TechnikState of the art

Vorstehend bezeichnete Wärmestaueinheiten sind Teil axialer Strömungsmaschinen, durch die zur Kompression oder gezielten Expansion gasförmige Arbeitsmedien hindurchströmen und aufgrund ihrer hohen Prozeßtemperaturen die mit den heißen Arbeitsmedien unmittelbar beaufschlagten Anlagenkomponenten thermisch stark belasten. Insbesondere in den Turbinenstufen von Gasturbinenanlagen werden die in Laufreihen axial hintereinander angeordneten Laufschaufeln mit den heißen Verbrennungsgasen beaufschlagt. Um die im Falle einer Gasturbinenstufe nicht zur gezielten Expansion der Heißgase beitragenden, mitrotierenden Rotorkomponenten vor einem hohen Wärmeeintrag zu schützen sind in an sich bekannter Weise im Bereich der Laufschaufelfüße bzw. den Umfangsrändern der Rotorscheiben ringförmige Wärmestaueinheiten vorgesehen wie z.B in GB 848 465 gezeigt, die für eine rotorseitige Abdichtung der mit der Rotationswelle verbundenen Rotorscheiben gegenüber dem heißen Strömungskanal sorgen.The above-mentioned heat accumulation units are part of axial flow machines, through the gaseous working media for compression or targeted expansion flow and because of their high process temperatures those with the hot working media Directly load directly applied system components thermally. In particular, in the turbine stages of gas turbine plants are in Run rows axially successively arranged blades with the hot combustion gases applied. In the case of a gas turbine stage not targeted Expansion of the hot gases contributing, co-rotating rotor components before To protect a high heat input are in a conventional manner in the field the blade feet or the peripheral edges of the rotor discs annular Heat accumulating units are provided as shown for example in GB 848 465, which for a rotor-side sealing with the Rotary shaft connected rotor disks opposite the hot flow channel to care.

Je nach Aufbau der Rotoranordnung lassen sich grundsätzlich zwei Konstruktionsweisen bekannter Wärmestaueinheiten voneinander unterscheiden.Depending on the structure of the rotor assembly can be basically two different designs of known heat accumulation units from each other.

In Figur 1 ist eine Querschnittsdarstellung durch zwei benachbarte Rotorscheiben eines geschraubten Rotors dargestellt, auf dessen Schraubverbindung nicht im Einzelnen eingegangen wird. Die um eine Rotationsachse A rotierenden, benachbarten Rotorscheiben 1, 2 sehen an ihrem peripheren Umfangsrand 3 Aufnahmeeinheiten für die Verbindung von Laufschaufeln 4, 5 vor. Hierbei münden die in Art einer Tannenbaumstruktur ausgebildeten Laufschaufelfüße in entsprechende Gegenkonturen in den Rotorscheiben 1, 2. Zwischen den beiden benachbarten Laufschaufeln 4, 5 ist im Falle einer Gasturbinenstufe eine Leitschaufel 12 eingebracht. Über Schraubverbindungen 6, 7 ist zwischen den beiden benachbarten Rotorscheiben 1, 2 eine ringförmige Wärmestaueinheit 8 fest integriert. Die Wärmestaueinheit 8 bildet eine geschlossene Kontur mit den Außenradien der Rotorscheiben 1, 2 und ermöglicht auf diese Weise die Trennung einer rotorseitig eingespeisten Kühlluft in den Zwischenraum 9 von dem radial über der Wärmestaueinheit befindlichen Heißkanal 10. Zum einen ist die Wärmestaueinheit 8 aus Gründen ihrer Dichtfunktion mit möglichst geringen Dichtstellen auszubilden, zum anderen ist die Konstruktion der Wärmestaueinheit 8 unter Berücksichtigung der auf diese aufgrund der Rotation einwirkenden Fliehkräfte auszubilden.In Figure 1 is a cross-sectional view through two adjacent rotor disks a bolted rotor shown on the screw connection not in detail will be received. The about an axis of rotation A rotating, adjacent Rotor disks 1, 2 see at their peripheral peripheral edge 3 receiving units for the connection of blades 4, 5 before. Here, the result in the manner of a Christmas tree trained blade feet in corresponding counter contours in the rotor disks 1, 2. Between the two adjacent blades 4, 5 is in the case of a gas turbine stage, a vane 12 is introduced. About screw connections 6, 7 is between the two adjacent rotor disks 1, 2 an annular Heat accumulation unit 8 firmly integrated. The heat accumulating unit 8 forms a closed one Contour with the outer radii of the rotor disks 1, 2 and allows on this way, the separation of a rotor side fed cooling air into the gap 9 of the radially above the heat accumulation unit located hot runner 10. Zum one is the heat accumulation unit 8 for reasons of their sealing function with the lowest possible Forming sealing points, on the other hand, the construction of the heat accumulation unit 8, taking into account the effect due to the rotation To form centrifugal forces.

Da es sich in dem in Figur 1 gezeigten, bekannten Beispiel um einen geschraubten Rotor handelt, ist es möglich, bei der Montage der Rotorscheiben die vollständig ringförmig ausgebildete Wärmestaueinheit zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben einzubringen und diese in den axialen Rotorverbund zu montieren. Die Ausbildung der Wärmestaueinheit als geschlossener Ring dient vor allem der Vermeidung zusätzlicher Dichtspalte und der Erhöhung der mechanischen Stabilität gegenüber segmentierter Ausführungen von Wärmestaueinheiten, wie sie z.B. bei geschweißten Scheibenrotoren zum Einsatz kommen.Since, in the known example shown in FIG. 1, it is a screwed one Rotor is, it is possible in the assembly of the rotor disks completely ring-shaped heat accumulation unit between two adjacent rotor disks bring and install them in the axial rotor assembly. Training The heat accumulation unit as a closed ring is mainly used to avoid additional sealing gaps and increasing the mechanical stability segmented versions of heat accumulation units, as e.g. at welded Disc rotors are used.

In Figur 2 ist hierzu der Querschnitt durch zwei Rotorscheiben 1, 2 einer geschweißten Rotoranordnung dargestellt. Auf die mit gleichen Bezugsziffern versehenen Anlagenkomponenten vergleichbar mit der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter eingegangen. Geschweißte Scheibenrotoren benötigen nach ihrer vorläufigen Montage eine Zugangsmöglichkeit zu den Schweißnähten 11 zwischen den Rotorscheiben 1, 2. Da eine geschlossen ringförmig ausgebildete Wärmestaueinheit 8 den Hohlraum 9 zwischen den Rotorscheiben 1, 2 vollständig schließen würde, wäre der Zugang zu den Schweißnähten 11 des Rotors behindert. Auch besteht keine Möglichkeit eine vollständig ringförmige Wärmestaueinheit nachträglich zwischen den geschweißten Rotorscheiben einzusetzen, so daß bei geschweißten Rotoren der Einsatz segmentierter Wärmestaueinheiten 8' Verwendung finden, die nach der Rotormontage radial zwischen den Rotorscheiben eingesetzt werden.In Figure 2, this is the cross section through two rotor disks 1, 2 a welded Rotor arrangement shown. On the plant components provided with the same reference numbers comparable to the embodiment of Figure 1 is at this No further detail to avoid repetition. welded Disk rotors require after their temporary installation access to the welds 11 between the rotor disks 1, 2. Da a closed annular heat accumulation unit 8 the cavity 9 between Close the rotor disks 1, 2 would be the access to the Welded seams 11 of the rotor obstructed. Also, there is no possibility of a complete annular heat accumulation unit subsequently between the welded rotor disks use, so that in welded rotors of use segmented Heat accumulation units 8 'find use that after the rotor mounting radially be inserted between the rotor discs.

Dies jedoch führt zu zusätzlichen Dichtspalten sowie, verglichen mit einer vollständig ringförmigen Wärmestaueinheit, verringerten mechanischen Stabilität.However, this leads to additional sealing gaps as well as, compared to a complete one annular heat retaining unit, reduced mechanical stability.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine in Form einer Wärmestaueinheit der vorstehend genannten Gattung derart weiterzubilden, daß vorzugsweise bei vollständig vormontierten Rotorscheibenanordnungen die nachträgliche Integration einer Wärmestaueinheit möglich ist, die die zum Stand der Technik aufgelisteten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es möglich sein, die Wärmestaueinheit als vollständig ringförmig ausgebildetes Gebilde zwischen zwei fest miteinander vormontierter Rotorscheiben mittels einer innigen aber lösbaren Fügeverbindung einzubringen. Die Wärmestaueinheit soll überdies ein Höchstmaß an Dichtheit zwischen dem Strömungskanal und dem rotorseitig zugewandten Zwischenraum ermöglichen, minimale Dichtungsspalte aufweisen und über eine mechanisch stabile und spannungsoptimierte Form und Geometrie verfügen.The invention is based on the object, a device for separating a with a hot working medium flowed through space area of a room area within a rotor assembly of a turbomachine in the form of a heat accumulation unit the aforementioned genus in such a way that preferably in completely pre-assembled rotor disc assemblies the subsequent Integration of a heat accumulation unit is possible, the state of the art does not have listed disadvantages. In particular, it should be possible, the heat accumulation unit as a completely ring-shaped structure between two fixed Pre-assembled rotor disks by means of an intimate but detachable joint connection contribute. The heat accumulation unit should also be the highest Tightness between the flow channel and the rotor side facing gap allow to have minimal sealing gaps and a mechanical stable and stress-optimized shape and geometry.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie in den Beschreibungsteilen enthalten.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further-forming features are the subject the dependent claims and in the description parts.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung aus zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, die wenigstens zwei axial hintereinander angeordnete Rotorscheiben vorsieht. Die Rotorscheiben sind über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, wobei sie im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind. Zwischen beiden Rotorscheiben ist eine flächig ausgebildete Wärmestaueinheit angeordnet, die über zwei Verbindungskanten verfügt, entlang derer, die Wärmestaueinheit jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben mit der Rotoranordnung in Wirkverbindung bringbar ist und dabei den rotorseitig, sich zwischen beiden Rotorscheiben erstreckenden Zwischenraum abdeckt. Erfindungsgemäß weisen die Verbindungskanten der flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit eine gezahnte Kontur mit stegartig ausgebildeten Verbindungselementen sowie die Verbindungselemente voneinander beabstandende Zwischenräume auf. Jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben ist eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten der Wärmestaueinheit (8) in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur (13, 14) derart vorgesehen ist, daß die Verbindungselemente (17) mit der gezahnten Gegenkontur in eine formschlüssige, lösbar feste Verbindung bringbar sind.The invention is based on a device for separating one with a hot Working medium flowed through space area of a space area within a rotor assembly of a flow machine, preferably a gas turbine, the at least two axially successively arranged rotor discs provides. The rotor disks are firmly connected to each other via at least one connection area, for example, by a welded joint, being in the range of their Radial peripheral edges are spaced from each other. Between both rotor disks a flat heat accumulation unit is arranged, which has two Connecting edge has, along which, the heat accumulation unit in each case in the area the peripheral edges of the adjacent rotor disks with the rotor assembly in Active connection can be brought and thereby the rotor side, between the two rotor discs covering extending gap. According to the invention, the connecting edges the flat heat accumulating unit a toothed contour with web-like connecting elements and the connecting elements spaced-apart spaces on. Each in the area of the peripheral edge the rotor disks is one, to the toothed contour of the joint edges the heat accumulation unit (8) approximately corresponding toothed counter contour (13, 14) is provided such that the connecting elements (17) with the toothed counter contour in a positive, releasably fixed connection can be brought.

Beispielsweise sieht jedes einzelne Verbindungselement aus Gründen einer formschlüssigen Verbindung wenigstens einen Formabschnitt vor, der die übrige Kontur des Verbindungselementes überragt. Beispielsweise kann der Formabschnitt als Schwalbenschwanzfortsatz ausgebildet sein oder im einfachsten Sinne quer zur Längserstreckung des Verbindungselementes verbogen sein. Zusätzlich ist jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten der Wärmestaueinheit in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur vorgesehen, mit erhabenen Zähnen, die jeweils Aussparungen vorsehen, die paßgenau einer, den Formabschnitten korrespondierenden Gegenkontur entsprechen.For example, each individual connection element sees for the sake of a form-fitting Connection at least one mold section before, the remaining contour surmounted by the connecting element. For example, the mold section as Swallowtail process be formed or in the simplest sense across the Be elongated longitudinal extension of the connecting element. In addition, each is in the region of the peripheral edge of the rotor disks, to the toothed contour the connecting edges of the heat accumulating unit in approximately corresponding toothed Contour contour provided with raised teeth, each providing recesses, the exact fit one, the mold sections corresponding counter contour correspond.

Mit der vorstehenden Konstruktion einer Wärmestaueinheit sowie der entsprechenden Ausbildung am Umfangsrand der Rotorscheiben einer Rotoranordnung ist ein lösbar fester Fügemechanismus möglich, mit dem eine vollständig ringförmige Wärmestaueinheit nach entsprechender Vormontage einer Rotorscheibenanordnung mit dieser verfügt werden kann.With the above construction of a heat accumulation unit and the corresponding Training at the peripheral edge of the rotor disks of a rotor assembly is a releasably firm joining mechanism possible, with which a completely annular heat accumulation unit after appropriate pre-assembly of a rotor disk assembly with this can be ordered.

Selbstverständlich läßt sich der, auf die erfindungsgemäße Konstruktion basierende Fügemechanismus auch bei segmentierten Wärmestaueinheiten verwenden, die in angulärer Hintereinanderreihung um den Umfangsrand der Rotorscheiben zu einer vollständigen ringförmigen Wärmestaueinheit zusammengesetzt werden können. Die im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben vorgesehene Gegenkontur, in die die Verbindungskanten der erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmestaueinheit einsetzbar ist, kann entweder direkt in das Material der Rotorscheiben eingearbeitet sein, aber auch im Fußbereich der in den Umfangsrand der Rotorscheiben einzusetzenden Laufschaufeln vorgesehen werden. Sowohl im Falle segmentierter Wärmestaueinheiten sowie auch bei einer, zu einem vollständigen Ring geschlossenen Wärmestaueinheit, weist die Wärmestaueinheit eine, an die axial umlaufende Gegenkontur korrespondierende Krümmung auf, deren Innenradius in etwa dem Außenradius der radial umlaufenden Gegenkontur im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheibe entspricht. Durch diese Dimensionierung ist es möglich, die erfindungsgemäß ausgebildete Wärmestaueinheit axialseitig in Konterstellung - d.h. die Zahnelemente der Wärmestaueinheit fluchten axial mit den Zahnzwischenräumen innerhalb der, in dem Bereich der Umfangsränder befindlichen Gegenkonturen - über die Rotorscheiben zu schieben und bei einer bestimmten axialen Position, in der die Formabschnitte der Zahnelemente an den Verbindungskanten der Wärmestaueinheit angulär mit den Aussparungen in den erhabenen Zähnen innerhalb der Gegenkontur fluchten, durch Verdrehen in Umfangsrichtung mit der Gegenkontur zu verzahnen. Hierbei verschieben sich die Formabschnitte paßgenau in die entsprechenden Aussparungen der, in der Gegenkontur enthaltenen Zähne. Durch die, beispielsweise in Schwalbenschwanzform ausgebildeten Formabschnitte und die dazu korrespondierend vorgesehenen Aussparungen ist die Wärmestaueinheit radial gesichert. Durch zusätzliche Befestigungsmaßnahmen kann überdies die Wärmestaueinheit auch vor einem weiteren Verdrehen in Umfangsrichtung behindert werden, wodurch die Wärmestaueinheit sicher innerhalb der Gegenkontur fixiert ist. Beispielsweise können Sicherungsstifte ein Verdrehen in Umfangsrichtung der Wärmestaueinheit verhindern helfen.Of course, can be based on the inventive construction based Also use joining mechanism in segmented heat accumulation units, which in Angular sequencing around the peripheral edge of the rotor discs to a complete annular heat accumulation unit can be assembled. The provided in the region of the peripheral edge of the rotor disks counter contour, in the the connecting edges of the inventively designed heat accumulation unit can be used is either incorporated directly into the material of the rotor disks be, but also in the foot of the inserted into the peripheral edge of the rotor disks Blades are provided. Both in the case of segmented heat accumulation units as well as in one, closed in a complete ring Heat accumulation unit, the heat accumulation unit has, to the axially encircling counter contour corresponding curvature, whose inner radius is approximately the outer radius the radially encircling counter contour in the region of the peripheral edge of the rotor disk equivalent. By this dimensioning it is possible that the invention formed heat accumulation unit on the axial side in Konterstellung - i. the tooth elements the heat accumulation unit are aligned axially with the interdental spaces within the, in the region of the peripheral edges located counter contours - on the To push rotor disks and at a certain axial position in which the Mold sections of the tooth elements at the connecting edges of the heat accumulation unit Angular with the recesses in the raised teeth within the mating contour aligned to interlock by twisting in the circumferential direction with the mating contour. Here, the mold sections move in register in the corresponding recesses the teeth contained in the opposite contour. By, for example, in Dovetail shape formed form sections and the corresponding thereto provided recesses, the heat accumulation unit is secured radially. By additional attachment measures can also the heat accumulation unit also before prevent further rotation in the circumferential direction, whereby the heat accumulation unit securely fixed within the mating contour. For example, you can Locking pins prevent twisting in the circumferential direction of the heat accumulation unit help.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Figur 1
schematisierte Längsschnittdarstellung durch einen geschraubten Rotor (Stand der Technik)
Figur 2
schematisierte Längsschnittdarstellung durch einen geschweißten Rotor (Stand der Technik),
Figur 3
schematisierte Längsschnittdarstellung durch zwei Rotorscheiben mit erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmestaueinheit sowie
Figur 4
perspektivische Querschnittsdarstellung durch die Verzahnung der Wärmestaueinheit mit zwei sich gegenüberstehenden Rotorscheiben.
The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawing. Show it:
FIG. 1
Schematic longitudinal section through a screwed rotor (prior art)
FIG. 2
schematic longitudinal section through a welded rotor (prior art),
FIG. 3
schematic longitudinal section through two rotor discs with inventively designed heat accumulation unit and
FIG. 4
perspective cross-sectional view through the teeth of the heat accumulation unit with two opposing rotor discs.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

Zur Beschreibung der zum Stand der Technik zählenden Ausführungsbeispiele gemäß den Darstellungen in den Figuren 1 und 2 wird auf die einleitende Beschreibung verwiesen. Zu vereinfachten Bezugnahme auf die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Anlagenkomponenten werden die bereits eingeführten Bezugszeichen auch weiterhin verwendet.For the description of the prior art counting embodiments according to the illustrations in Figures 1 and 2 will be to the introductory description directed. For ease of reference to those shown in Figures 3 and 4 Plant components become the already introduced reference numerals as well still used.

Figur 3 zeigt einen schematisierten Längsschnitt einer Rotoranordnung durch zwei Rotorscheiben 1, 2 an deren radialen Umfangsrand 3 Laufschaufeln 4, 5 vorgesehen sind. Zwischen den Laufschaufeln 4, 5 ragt eine Leitschaufel 12 hinein.FIG. 3 shows a schematic longitudinal section of a rotor arrangement through two Rotor disks 1, 2 at the radial peripheral edge 3 blades 4, 5 are provided are. Between the blades 4, 5, a guide blade 12 protrudes.

Beide Rotorscheiben 1, 2 sind über eine Schweißnaht 11 miteinander fest verfügt und rotieren gemeinsam um die Rotationsachse A. Im peripheren Bereich, nahe ihrer Umfangsränder sehen die Rotorscheiben 1, 2 beidseitig gegenüberstehe Gegenkonturen 13, 14 auf, in die die Verbindungskanten 15, 16 hineinragen.Both rotor discs 1, 2 are fixedly connected to each other via a weld 11 and rotate together about the axis of rotation A. In the peripheral area, near her Peripheral edges see the rotor disks 1, 2 on both sides opposite counter contours 13, 14 into which the connecting edges 15, 16 protrude.

Im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 sind die Gegenkonturen 13, 14 in das Material der Rotorscheiben 1, 2 eingearbeitet, es ist jedoch auch möglich, wie vorstehend erwähnt, daß die Gegenkonturen Teil der Laufschaufelfüße sind. Gleichwohl sind auch Kombinationen aus beiden Ausgestaltungen möglich.In the case of the embodiment shown in Figure 3, the counter contours 13, 14 incorporated into the material of the rotor disks 1, 2, but it is also possible as mentioned above, that the mating contours are part of the blade feet. Nevertheless, combinations of both embodiments are possible.

Die Laufschaufelfüße sind mit dem Rotor über eine, im wesentlichen axiale formschlüssige Verbindung, bspw. Tannenbaumverbindung, Schwalbenschwanzverbindung, verbunden.The blade feet are connected to the rotor via a substantially axial positive Connection, eg Christmas tree connection, dovetail connection, connected.

Die Gegenkonturen 13, 14 sowie die Verbindungskanten 15, 16 weisen jeweils eine gezahnte Kontur auf, die zueinander korrespondierend ausgebildet ist. So greift im dargestellten Fall gemäß Figur 3 das Verbindungselement 17 mit seinem schwalbenschwanzartig ausgebildeten Formabschnitt 18 in die entsprechende Ausnehmung 19 des Zahns 20 in der Gegenkontur 13.The mating contours 13, 14 and the connecting edges 15, 16 each have one toothed contour, which is formed corresponding to each other. So attacks in the illustrated case according to Figure 3, the connecting element 17 with its dovetail trained mold section 18 in the corresponding recess 19th of the tooth 20 in the mating contour 13.

Durch die gezahnte Ausbildung der Verbindungskanten 15, 16 mit den entsprechend korrespondierenden Gegenkonturen 13, 14 ist es möglich, daß die Wärmestaueinheit 8 als vollständig ausgebildeter Ring axial (siehe Pfeil 22) über den Umfangsrand der Rotorscheibe 2, geschoben werden kann. Hierbei sind die Verzahnungen der Verbindungskanten 15, 16 relativ zu den Gegenkonturen 13, 14 in Konterstellung zu halten.Due to the toothed design of the connecting edges 15, 16 with the corresponding corresponding counter contours 13, 14, it is possible that the heat accumulation unit 8 as a fully formed ring axially (see arrow 22) over the peripheral edge of Rotor disc 2, can be pushed. Here are the teeth of the joint edges 15, 16 relative to the counter-contours 13, 14 in Konterstellung to hold.

Zur weiteren, detaillierteren Betrachtung der Fügeverbindung zwischen Wärmestaueinheit 8 und den Rotorscheiben 1, 2 wird auf die Darstellung gemäß Figur 4 hingewiesen.For further, more detailed consideration of the joint connection between heat accumulation unit 8 and the rotor disks 1, 2, attention is drawn to the illustration according to FIG.

In Figur 4 ist ein Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines Schnitts durch die Rotorscheiben 1 und 2 dargestellt, die über eine Schweißnaht 11 miteinander fest verbunden sind. Am Umfangsrand weist die Rotorscheibe 1 die Gegenkontur 13 auf, die eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Zähne 20 mit dazwischen befindlichen Zahnzwischenräumen 21 vorsieht. Entsprechendes gilt für die Gegenkontur 14 in der Rotorscheibe 2. Die Zähne 20 weisen Ausnehmungen 19 auf, die im dargestellten Beispiel eine Schwalbenschwanzausfräsung vorsehen.4 shows a section of a perspective view of a section through the rotor disks 1 and 2 shown, the fixed together via a weld 11 are connected. At the peripheral edge, the rotor disk 1, the counter contour 13, a plurality of juxtaposed teeth 20 with therebetween Interdental spaces 21 provides. The same applies to the mating contour 14 in the Rotor disk 2. The teeth 20 have recesses 19, which in the illustrated Example, provide a dovetail cutout.

Zwischen den Rotorscheiben 1, 2 ist bereits im montierten Zustand die Wärmestaueinheit 8 eingebracht, die eine gebogen flächige Form aufweist. Ihre Verbindungskanten 15, 16 weisen Zahnelemente 17 auf, die im unteren Bereich einen Formabschnitt 18 vorsehen, der in Art eines Schwalbenschwanzes ausgebildet ist. Im dargestellten Fall sitzen die Formabschnitte 18 in den Aussparungen 19 und sichern aufgrund ihrer Formgebung die Wärmestaueinheit 8 radialer Richtung.Between the rotor disks 1, 2 is already in the assembled state, the heat accumulation unit 8 introduced, which has a curved surface shape. Your connecting edges 15, 16 have toothed elements 17 which at the bottom of a mold section Provide 18, which is formed in the manner of a dovetail. In the illustrated Case sit the mold sections 18 in the recesses 19 and secure due its shape, the heat accumulation unit 8 radial direction.

Zur Montage der Wärmestaueinheit 8 in die bereits miteinander verschweißten oder anderweitig fest verfügten Rotorscheiben 1, 2 werden die Zahnelemente 17 axial gegenüber den Zahnzwischenräumen 21 der Gegenkonturen 13, 14 plaziert und in Axialrichtung zwischen die Rotorscheiben 1, 2 verschoben. Sobald die Formabschnitte 18 in Deckung mit den Ausnehmungen 19 gebracht sind, wird die Wärmestaueinheit 8 radial in Umfangsrichtung bewegt, bis der in Figur 4 dargestellte Zustand erreicht ist. For mounting the heat accumulating unit 8 in the already welded together or otherwise fixed rotor discs 1, 2, the tooth elements 17 are axially opposite the interdental spaces 21 of the counter contours 13, 14 placed and in Axial direction between the rotor disks 1, 2 shifted. Once the mold sections 18 are brought into coincidence with the recesses 19, the heat accumulation unit 8 moves radially in the circumferential direction until the state shown in Figure 4 is reached.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA
Rotationsachseaxis of rotation
11
Rotorscheiberotor disc
22
Rotorscheiberotor disc
33
Umfangsrandcircumferential edge
44
Laufschaufelblade
55
Laufschaufelblade
6, 76, 7
Schraubverbindungscrew
88th
WärmestaueinheitHeat storage unit
99
Zwischenraumgap
1010
HeißgaskanalHot gas duct
1111
SchweißnahtWeld
1212
Leitschaufelvane
13, 1413, 14
Gegenkonturmating contour
15, 1615, 16
Verbindungskanteconnecting edge
1717
Verbindungselementconnecting element
1818
Formabschnittmold section
1919
Aussparungrecess
2020
Zahntooth
2121
ZahnzwischenraumInterdental
2222
Axialrichtungaxially

Claims (16)

  1. A device for separating a space region (10) through which hot working medium flows from a space region (9) inside a rotor arrangement of a turbomachine, preferably a gas turbine, having at least two rotor discs (1, 2), which are arranged one behind the other in the axial direction, can be fixedly connected to one another by means of at least one connecting region and are spaced apart from one another at least in the region of their radial circumferential edges, and having a heat shield unit (8) which is of sheet-like design, is arranged between two adjacent rotor discs (1, 2) and has two connecting edges (15, 16), along which the heat shield unit (8) can be brought into operative connection in each case in the region of the circumferential edges of the adjacent rotor discs, and which covers an intermediate space (9) which extends on the rotor side between the two rotor discs (1, 2), characterized in that the connecting edges (15, 16) of the heat shield unit (8) each have a toothed contour with connecting elements (17) of web-like design with intermediate spaces (16) between them, in that a toothed mating contour (13, 14) which approximately corresponds to the toothed contour of the connecting edges (15, 16) of the heat shield unit (8) is in each case provided in the region of the circumferential edge of the rotor discs (1, 2), and in that the connecting elements (17) can be brought into a positively locking, releasably secured connection to the toothed mating contour.
  2. Device according to Claim 1, characterized in that the connecting elements each have at least one shaped section (18) which projects beyond the remaining contour of the connecting element (17), and in that the mating contour (13, 14) has teeth (20) with cutouts (19) which correspond to the design of the shaped sections (18).
  3. Device according to Claim 2, characterized in that the shaped sections (18) can be introduced in a closely fitting manner into the cutouts (19) and produce a positively locking connection.
  4. Device according to Claim 2 or 3, characterized in that the shaped sections (18) at the connecting elements (17) and the corresponding recesses (19) are designed in the form of a dovetail joint.
  5. Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the heat shield unit (8), which is of sheet-like design, has a surface curvature which approximately corresponds to the curvature of the radial circumferential edge of the rotor discs (1, 2).
  6. Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the connecting edges (15, 16) of the heat shield unit (8), which is of sheet-like design, run parallel to one another, and in that the heat shield unit (8) is designed so as to be curved perpendicular to the connecting edges (15, 16).
  7. Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the heat shield unit (8) is composed of individual heat shield segments which, individually adjoining one another, completely surround the rotor discs (1, 2).
  8. Device according to Claim 7, characterized in that the individual heat shield segments can be mounted radially or axially.
  9. Device according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the heat shield unit (8) comprises a single, continuous annular formation.
  10. Device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the shaping of at least one rotor disc at the outer periphery allows a heat shield unit of annular design to be fitted over it in the axial direction.
  11. Device according to Claim 10, characterized in that the teeth (20) on the rotor disc (1, 2) project into the toothed spaces (21) of the heat shield unit (8) when the annular heat shield unit (8) is being fitted over the rotor disc (1, 2).
  12. Device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the rotor discs (1, 2) are welded, screwed together, riveted or securely joined to one another in some other way or are formed integrally.
  13. Device according to one of Claims 1 to 12, characterized in that rotor blade roots project into the circumferential edge of the rotor discs (1, 2), at which roots the mating contour (13, 14) in which the toothed contour of the connecting edges (15, 16) engages is provided, or in that the mating contour (13, 14) in which the toothed contour of the connecting edges (15, 16) engages is provided on the circumferential edge of the rotor discs (1, 2) itself.
  14. Device according to Claim 7 or 8, characterized in that the heat shield segments are designed in such a manner as to allow axial or radial introduction into the mating contour of the rotor disc (1, 2).
  15. Device according to Claim 9, characterized in that the annular heat shield unit (8) can be fitted axially into the mating contour (13, 14) of the rotor disc (1, 2).
  16. Device according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the positively locking, releasably secured connection between the heat shield unit and the rotor disc is effected by rotating the heat shield unit in the circumferential direction.
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