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EP2236753A1 - Blade assembly for a turbo machine - Google Patents

Blade assembly for a turbo machine Download PDF

Info

Publication number
EP2236753A1
EP2236753A1 EP09004207A EP09004207A EP2236753A1 EP 2236753 A1 EP2236753 A1 EP 2236753A1 EP 09004207 A EP09004207 A EP 09004207A EP 09004207 A EP09004207 A EP 09004207A EP 2236753 A1 EP2236753 A1 EP 2236753A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
contact surface
cover plate
free surface
blades
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Withdrawn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
EP09004207A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörn Bettentrup
Martin Buls
Frank Dr. Deister
Christoph Hermann Dr. Richter
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
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09004207A priority Critical patent/EP2236753A1/en
Publication of EP2236753A1 publication Critical patent/EP2236753A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding

Definitions

  • the invention relates to a blade assembly comprising at least two blades, wherein the blade has a blade root designed as a hammer base and a Z plate formed as a cover plate.
  • Such blade assemblies are used, for example, in turbomachines, in particular in steam turbines.
  • Such turbomachines essentially have two components, which are formed by a rotor rotatably mounted about a rotation axis and a housing arranged around the rotor.
  • the rotor usually has so-called turbine blades, which are arranged on the circumferential surface regularly in so-called turbine blade rows, wherein the turbine blade rows are arranged one behind the other viewed in the direction of the axis of rotation.
  • the housing has so-called vanes which are arranged between the blade rows.
  • a steam having a high thermal energy flowing into the steam turbine is expanded and cooled inside the steam turbine, whereby the thermal energy is converted into rotational energy of the rotor.
  • the operating speeds of the rotor can be between 25Hz and 60Hz. In industrial applications, variable speeds are also possible, such as for the drive of compressors.
  • the effects occurring at these speeds often lead to disturbing effects.
  • the operation of steam turbines is characterized by the rotational movement, by the interaction with the steam and other disturbing influences by a high degree of machine dynamics.
  • the invention addresses the problem of damping vibrations. In particular, should the vibrations of the turbine blades are reduced.
  • the turbine blades essentially have a blade root and a cover plate and a flow-mechanically profiled airfoil arranged between the blade root and the cover plate. These blades are caulked into so-called slots in the rotor.
  • Various embodiments of the blade roots are known.
  • the blade roots are formed in fir-tree or hammer-foot shape.
  • the turbine blades are predominantly freestanding, i. H. designed without shroud.
  • Blades with a hammer base and Z cover plate are mainly used where due to the blade geometry no sufficiently large unwinding takes place.
  • steam turbines which are operated at a lower frequency, especially in semi-turbocharged steam turbines (eg 25Hz or 30Hz), therefore, the blade venting by centrifugal force is sometimes no longer sufficient to achieve a sufficiently tense cover plate dressing.
  • the invention is concerned with this problem and it is an object of the invention to develop a blade assembly comprising blades with a hammer base and Z-plate in such a way that vibrations during operation are effectively damped.
  • a blade assembly comprising at least two blades, wherein the blade has a blade root designed as a hammer foot and formed as a Z-plate cover plate, wherein the cover plates are biased against each other.
  • the cover plates which are compulsory as Z-plates, form such that a force of one cover plate against another cover plate already in the installed state, ie without the presence of a centrifugal force due to rotational frequency, is applied.
  • the invention makes it possible, with blades having a small free centrifugal force unwinding, to protect effectively against disturbing blade vibrations.
  • the production of a blade dressing according to the invention is relatively simple, since known and existing geometries of the Z plates can be modified by introducing an oversize such that a tension between two cover plates occurs.
  • the use of rhomboid cover plates with large blades is very unfavorable or even impossible, since with large geometries, the biasing force to be generated by hand can not be generated.
  • the blade is designed in such a way that, during operation, a unwinding takes place, which reinforces the prestressing.
  • the possibly occurring blade vibrations are reduced during operation, since the prestress occurring at a standstill is further increased, which leads to a greater tension between the individual turbine blades.
  • the blades are rotationally symmetrical about an axis of rotation and the cover plate has a circumferentially substantially parallel side surface and a negatively swept with respect to the axis of rotation first and second front free surface, the second front free surface seen in the direction of the axis of rotation is disposed substantially behind the first front free surface, and a front contact surface, which is arranged between the first and second front free surface and is formed such that a bias from the front contact surface acts on the adjacent cover plate, wherein the front contact surface is positively swept ,
  • a negative sweep here is to be understood as a rotation in a mathematically negative direction to the rotation axis.
  • a positive sweep is therefore a rotation with respect to the rotation axis in a mathematically positive direction.
  • the cover plate has a negatively swept first and second rear free surface, wherein the second rear free surface is arranged in the direction of the axis of rotation substantially behind the first rear free surface, wherein the cover plate further comprises a rear contact surface which between the the rear contact surface is positively swept and is in biasing contact with the front contact surface of the adjacent blade, the first and second rear relief surfaces and the rear contact surface seen circumferentially behind the first and second front relief surfaces the front contact surface is arranged.
  • the Z-plate is formed such that it has a substantially symmetrical Z-plate shape.
  • a front contact surface of the Z-cover plate is thus in contact with a rear contact surface of an adjacent Z-cover plate, wherein the contact should be formed such that a force is applied from the first to the second cover plate.
  • the FIG. 1 shows a section of a blade assembly 1.
  • the blade assembly 1 comprises a plurality of arranged in the circumferential direction 2 on a rotor 3 designed as turbine blades blades 4. For clarity, only two turbine blades are provided with the reference numeral 4.
  • the turbine blades essentially comprise a rotor blade 5, which is formed between a cover plate 6 and a blade root, not shown.
  • the rotor blade 5 is designed such that a flow in the direction of the axis of rotation 7 is deflected with a thermal energy such that the thermal energy is converted into rotational energy of the rotor 3.
  • the blade 5 is profiled.
  • the cover plates 6 are arranged one behind the other in the circumferential direction 2.
  • the cover plates 6 are formed here as Z-plates.
  • the blade root not shown is designed as a hammer foot.
  • the cover plates 6 are in this case arranged on the rotor 3 such that a cover plate 6 exerts a force on an adjacent cover plate 6. The cover plates 6 are thereby biased against each other.
  • the rotor 3 rotates about the axis of rotation 7 with a frequency between 25Hz and 60Hz. There are also larger frequencies possible. At these frequencies, a centrifugal force that causes the blade 4 to move in the radial direction 8, which is prevented by the blade root, which is held in a groove in the rotor 3.
  • the radial direction 8 in this case points from the axis of rotation 7 in FIG During operation, that is, as centrifugal force is generated due to the rotational frequency, unwinding of the blade 4 occurs, resulting in that the bias voltage is increased. The unwinding takes place here in a suitable direction, which is designed with respect to the radial direction 8 as a rotation axis.
  • the FIG. 2 shows a section of the cover plates 6 of three blades 4.
  • the cover plates 6 are formed as Z-plates.
  • the geometry of the Z-plate is described by a side surface 9, which is formed substantially parallel to the circumferential direction 2.
  • the cover plate 6 comprises a first front free surface 10 which is negatively swept with respect to the direction of the rotation axis 7.
  • the first front free surface 10 is in the in the FIG. 2 executed example at an angle ⁇ , which is between 10 ° and 40 ° formed.
  • the Z-plate comprises a second front free surface 11, which is also negatively swept against the direction of the rotation axis 7.
  • the angle ⁇ is in this case values between 10 ° and 40 °.
  • a first front contact surface 12 is formed between the first front free surface 10 and the second front free surface 11.
  • This front contact surface 12 is in contrast to the first front free surface 10 and second front free surface 11 positively swept by an angle ⁇ .
  • Existing Z-plates can be easily formed, in which only a layer 13, which consists of a suitable material is applied.
  • the thickness of this layer 13 should be such as to create a bias between the Z plates.
  • the adjacent Z-plate comprises a first rear free surface 14, which is also like the first front free surface 11 by the angle ⁇ is negative swept. Furthermore, the adjacent Z-plate comprises a second rear free surface 15 which is opposite to the second front free surface 11 is arranged and just like the second front free surface 11 is negatively swept by the angle ⁇ and thus arranged substantially in parallel. Between the first rear free surface 14 and the second rear free surface 15, a rear contact surface 16 is arranged, which is swept as the front contact surface 12 by the angle ⁇ positive.
  • the Z-plate is formed such that the first front free surface 10 extends to a turning point 17 and from there a central contact surface 18, which is swept at the same angle ⁇ as the front contact surface 12 extends.
  • the middle contact surface 18 extends to a second reversal point 19.
  • the second front free surface 11 adjoins.
  • the angles ⁇ , ⁇ and ⁇ and the lengths of the first front relief surface 10, the second front relief surface 11 and the front contact surface 12 are formed to substantially correspond to the angles ⁇ , ⁇ and ⁇ and the lengths of the first rear relief surface 14, the second rear free surface 15 and the rear contact surface 16 correspond. That means that in the FIG. 2 the aforementioned areas can be made to coincide. Only layer 13 would have to be thought away in this case. According to the invention, the layer 13 is formed such that a bias voltage arises between the Z plates. The layer 13 must be formed parallel to the central contact surface 18 for this purpose.
  • FIG. 3 In the FIG. 3 is a single cover plate 6 and a blade root 20 which is designed as a hammer foot represented.
  • the layer 13 has a thickness a.
  • the thickness a should be suitably chosen so that the bias between the adjacent Z plates is ideal.
  • stresses arise between the Z plates. This causes a Z-plate rotation 21 of the cover plate 6 in a mathematically negative direction.
  • a blade root rotation 22 takes place in a mathematically positive direction.
  • the blade root is seen from above in the radial direction 8 rhombic or in the form of a parallelogram.
  • the length of the cover plate 6 has a length l.
  • the layer 13 causes a rotation of the cover plate 6 during assembly. Since the blade root 20 is fixed in the groove in the rotor during assembly, the Z-plate rotation 21 constitutes a relative rotation between the blade root 20 and cover plate 6, whereby the blade 4 is tensioned like a torsion spring. In this way, a strained cover plate is guaranteed in operation.

Landscapes

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

Abstract

The blade unit includes at least two blades, which have a blade foot and a cover plate (6). The unit has a measurement on the contact surfaces (12, 16) which is such that the pre-stressing between the Z-form plates prevents vibration. The blade foot may be in the form of a hammer foot (20) and the blades may interact on their axis of rotation (7) in operation, to intensify the pre-stress effect.

Description

Beschreibungdescription

Schaufelverband für eine StrömungsmaschineBlade assembly for a turbomachine

Die Erfindung betrifft einen Schaufelverband, umfassend zumindest zwei Schaufeln, wobei die Schaufel einen als Hammerfuß ausgebildeten Schaufelfuß und eine als Z-Platte ausgebildete Deckplatte aufweist.The invention relates to a blade assembly comprising at least two blades, wherein the blade has a blade root designed as a hammer base and a Z plate formed as a cover plate.

Solche Schaufelverbände werden beispielsweise in Strömungsmaschinen, insbesondere in Dampfturbinen eingesetzt. Solche Strömungsmaschinen weisen im Wesentlichen zwei Bauteile auf, die durch einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor sowie ein um den Rotor angeordnetes Gehäuse gebildet werden. Der Rotor weist üblicherweise sogenannte Turbinenschaufeln auf, die auf der Umfangsfläche regelmäßig in sogenannte Turbinenschaufelreihen angeordnet sind, wobei die Turbinenschaufelreihen in Richtung der Rotationsachse gesehen hintereinander angeordnet sind. Das Gehäuse weist sogenannte Leitschaufeln auf, die zwischen die Laufschaufelreihen angeordnet werden. Ein in die Dampfturbine strömender Dampf mit einer hohen thermischen Energie wird innerhalb der Dampfturbine entspannt und abgekühlt, wobei die thermische Energie in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt wird.Such blade assemblies are used, for example, in turbomachines, in particular in steam turbines. Such turbomachines essentially have two components, which are formed by a rotor rotatably mounted about a rotation axis and a housing arranged around the rotor. The rotor usually has so-called turbine blades, which are arranged on the circumferential surface regularly in so-called turbine blade rows, wherein the turbine blade rows are arranged one behind the other viewed in the direction of the axis of rotation. The housing has so-called vanes which are arranged between the blade rows. A steam having a high thermal energy flowing into the steam turbine is expanded and cooled inside the steam turbine, whereby the thermal energy is converted into rotational energy of the rotor.

Die im Betrieb auftretenden Drehzahlen des Rotors können zwischen 25Hz und 60Hz liegen. Im Rahmen von industriellen Anwendungen sind auch variable Drehzahlen möglich, wie beispielsweise für den Antrieb von Verdichtern.The operating speeds of the rotor can be between 25Hz and 60Hz. In industrial applications, variable speeds are also possible, such as for the drive of compressors.

Die bei diesen Drehzahlen auftretenden Effekte führen oftmals zu störenden Wirkungen. Der Betrieb von Dampfturbinen ist durch die Rotationsbewegung, durch die Wechselwirkung mit dem Dampf und anderen Störeinflüssen gekennzeichnet durch ein hohes Maß an Maschinendynamik. Die Erfindung befasst sich mit dem Problem der Dämpfung von Schwingungen. Insbesondere sollen die Schwingungen der Turbinenlaufschaufeln vermindert werden.The effects occurring at these speeds often lead to disturbing effects. The operation of steam turbines is characterized by the rotational movement, by the interaction with the steam and other disturbing influences by a high degree of machine dynamics. The invention addresses the problem of damping vibrations. In particular, should the vibrations of the turbine blades are reduced.

Die Turbinenlaufschaufeln weisen im Wesentlichen einen Schaufelfuß und eine Deckplatte sowie ein zwischen dem Schaufelfuß und der Deckplatte angeordnetes strömungsmechanisch profiliertes Schaufelblatt auf. Diese Laufschaufeln werden in sogenannte Nuten im Rotor eingestemmt. Bekannt sind verschiedene Ausführungsformen der Schaufelfüße. Beispielsweise werden die Schaufelfüße in Tannenbaumform oder in Hammerfußform ausgebildet. In Dampfturbinen mit niedrigeren Dampfdrücken und Dampftemperaturen werden die Turbinenlaufschaufeln vorwiegend freistehend, d. h. ohne Deckband ausgebildet.The turbine blades essentially have a blade root and a cover plate and a flow-mechanically profiled airfoil arranged between the blade root and the cover plate. These blades are caulked into so-called slots in the rotor. Various embodiments of the blade roots are known. For example, the blade roots are formed in fir-tree or hammer-foot shape. In steam turbines with lower vapor pressures and steam temperatures, the turbine blades are predominantly freestanding, i. H. designed without shroud.

Laufschaufeln mit Hammerfuß und Z-Deckplatte werden vorwiegend dort eingesetzt, wo aufgrund der Schaufelgeometrie keine hinreichend große Entwindung stattfindet. Bei Dampfturbinen, die mit einer niedrigeren Frequenz betrieben werden, insbesondere bei halb-tourigen Dampfturbinen (z. B. mit 25Hz bzw. 30Hz), reicht daher die Schaufelentwindung durch Fliehkraft teilweise nicht mehr aus, um einen ausreichend verspannten Deckplattenverband zu erzielen.Blades with a hammer base and Z cover plate are mainly used where due to the blade geometry no sufficiently large unwinding takes place. For steam turbines, which are operated at a lower frequency, especially in semi-turbocharged steam turbines (eg 25Hz or 30Hz), therefore, the blade venting by centrifugal force is sometimes no longer sufficient to achieve a sufficiently tense cover plate dressing.

Die Erfindung beschäftigt sich mit diesem Problem und es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schaufelverband, umfassend Schaufeln mit Hammerfuß und Z-Platte, derart weiterzubilden, dass Schwingungen im Betrieb wirksam gedämpft werden.The invention is concerned with this problem and it is an object of the invention to develop a blade assembly comprising blades with a hammer base and Z-plate in such a way that vibrations during operation are effectively damped.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Schaufelverband, umfassend zumindest zwei Schaufeln, wobei die Schaufel einen als Hammerfuß ausgebildeten Schaufelfuß und eine als Z-Platte ausgebildete Deckplatte aufweist, wobei die Deckplatten gegeneinander vorgespannt sind.This object is achieved by a blade assembly, comprising at least two blades, wherein the blade has a blade root designed as a hammer foot and formed as a Z-plate cover plate, wherein the cover plates are biased against each other.

Im Sinne der Erfindung wird demnach vorgeschlagen, die Deckplatten, die als Z-Platten zwingend ausgebildet sind, derart auszubilden, dass eine Kraft der einen Deckplatte gegen eine andere Deckplatte bereits im eingebauten Zustand, d. h. ohne das Vorliegen einer Fliehkraft infolge von Rotationsfrequenz, anliegt. Durch die Erfindung wird somit erstmals möglich, bei Schaufeln, die eine kleine freie Fliehkraft-Entwindung aufweisen, wirksam gegen störende Schaufelschwingungen zu schützen. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaufelverbandes ist vergleichsweise einfach, da bekannte und vorhandene Geometrien der Z-Platten durch das Einbringen eines Aufmaßes derart modifiziert werden kann, dass eine Verspannung zwischen zwei Deckplatten auftritt. Die Verwendung von Rhomboid-Deckplatten bei großen Schaufeln ist sehr ungünstig bzw. sogar nicht möglich, da bei großen Geometrien die von Hand zu erzeugende Vorspannkraft nicht erzeugt werden kann.According to the invention, it is therefore proposed that the cover plates, which are compulsory as Z-plates, form such that a force of one cover plate against another cover plate already in the installed state, ie without the presence of a centrifugal force due to rotational frequency, is applied. Thus, for the first time, the invention makes it possible, with blades having a small free centrifugal force unwinding, to protect effectively against disturbing blade vibrations. The production of a blade dressing according to the invention is relatively simple, since known and existing geometries of the Z plates can be modified by introducing an oversize such that a tension between two cover plates occurs. The use of rhomboid cover plates with large blades is very unfavorable or even impossible, since with large geometries, the biasing force to be generated by hand can not be generated.

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

So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Schaufel derart ausgebildet, dass im Betrieb eine Entwindung erfolgt, die die Vorspannung verstärkt. Somit wird erfindungsgemäß die möglicherweise auftretenden Schaufelschwingungen im Betrieb vermindert, da die im Stillstand auftretende Vorspannung noch weiter verstärkt wird, was zu einer größeren Verspannung zwischen den einzelnen Turbinenlaufschaufeln führt.Thus, in a first advantageous development, the blade is designed in such a way that, during operation, a unwinding takes place, which reinforces the prestressing. Thus, according to the invention, the possibly occurring blade vibrations are reduced during operation, since the prestress occurring at a standstill is further increased, which leads to a greater tension between the individual turbine blades.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Schaufeln rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse ausgebildet und die Deckplatte weist eine in Umfangsrichtung im Wesentlichen parallel ausgerichtete Seitenfläche auf sowie eine gegenüber der Rotationsachse negativ gepfeilte erste und zweite vordere Freifläche auf, wobei die zweite vordere Freifläche in Richtung der Rotationsachse gesehen im Wesentlichen hinter der ersten vorderen Freifläche angeordnet ist, sowie einer vorderen Kontaktfläche, die zwischen der ersten und zweiten vorderen Freifläche angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass eine Vorspannung von der vorderen Kontaktfläche auf die benachbarte Deckplatte wirkt, wobei die vordere Kontaktfläche positiv gepfeilt ist.In a further advantageous embodiment, the blades are rotationally symmetrical about an axis of rotation and the cover plate has a circumferentially substantially parallel side surface and a negatively swept with respect to the axis of rotation first and second front free surface, the second front free surface seen in the direction of the axis of rotation is disposed substantially behind the first front free surface, and a front contact surface, which is arranged between the first and second front free surface and is formed such that a bias from the front contact surface acts on the adjacent cover plate, wherein the front contact surface is positively swept ,

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine Kontaktfläche der Z-Deckplatte auszubilden, die mit einer benachbarten Z-Platte derart zusammenwirkt, dass eine Kraft von der ersten Deckplatte zur zweiten Deckplatte ausgeübt wird, was zu einer Verspannung führt. Dadurch werden Schaufelschwingungen gedämpft. Unter einer negativen Pfeilung ist hierbei eine Drehung in mathematisch negativer Richtung zur Rotationsachse zu verstehen. Eine positive Pfeilung ist demnach eine Drehung gegenüber der Rotationsachse in mathematisch positiver Richtung.According to the invention it is thus proposed to form a contact surface of the Z-cover plate, which cooperates with an adjacent Z-plate such that a force is exerted by the first cover plate to the second cover plate, resulting in a tension. This dampens blade vibrations. A negative sweep here is to be understood as a rotation in a mathematically negative direction to the rotation axis. A positive sweep is therefore a rotation with respect to the rotation axis in a mathematically positive direction.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Deckplatte eine negativ gepfeilte erste und zweite hintere Freifläche auf, wobei die zweite hintere Freifläche in Richtung der Rotationsachse gesehen im Wesentlichen hinter der ersten hinteren Freifläche angeordnet ist, wobei die Deckplatte ferner eine hintere Kontaktfläche aufweist, die zwischen der ersten und zweiten hinteren Freifläche angeordnet ist, wobei die hintere Kontaktfläche positiv gepfeilt ist und mit der vorderen Kontaktfläche der benachbarten Schaufel in vorspannender Berührung steht, wobei die erste und zweite hintere Freifläche sowie die hintere Kontaktfläche in Umfangsrichtung gesehen hinter der ersten und zweiten vorderen Freifläche sowie der vorderen Kontaktfläche angeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the cover plate has a negatively swept first and second rear free surface, wherein the second rear free surface is arranged in the direction of the axis of rotation substantially behind the first rear free surface, wherein the cover plate further comprises a rear contact surface which between the the rear contact surface is positively swept and is in biasing contact with the front contact surface of the adjacent blade, the first and second rear relief surfaces and the rear contact surface seen circumferentially behind the first and second front relief surfaces the front contact surface is arranged.

Erfindungsgemäß wird daher die Z-Platte derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen eine symmetrisch ausgebildete Z-Plattenform aufweist. Eine vordere Kontaktfläche der Z-Deckplatte steht somit mit einer hinteren Kontaktfläche einer benachbarten Z-Deckplatte in Berührung, wobei die Berührung derart ausgebildet sein soll, dass eine Kraft von der ersten auf die zweite Deckplatte erfolgt.According to the invention, therefore, the Z-plate is formed such that it has a substantially symmetrical Z-plate shape. A front contact surface of the Z-cover plate is thus in contact with a rear contact surface of an adjacent Z-cover plate, wherein the contact should be formed such that a force is applied from the first to the second cover plate.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1
einen Ausschnitt eines Schaufelverbandes;
Figur 2
eine Draufsicht in Rotationsrichtung gesehen auf einen Teil des Schaufelverbandes;
Figur 3
eine Draufsicht von oben gesehen auf eine Turbinenlaufschaufel.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG. 1
a section of a blade association;
FIG. 2
a plan view in the direction of rotation on a part of the blade Association;
FIG. 3
a top view seen from above on a turbine blade.

Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schaufelverbandes 1. Der Schaufelverband 1 umfasst mehrere in Umfangsrichtung 2 auf einem Rotor 3 angeordnete als Turbinenlaufschaufeln ausgebildete Schaufeln 4. Der Übersichtlichkeit wegen sind lediglich zwei Turbinenlaufschaufeln mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Die Turbinenlaufschaufeln umfassen im Wesentlichen ein Laufschaufelblatt 5, das zwischen einer Deckplatte 6 und einem nicht näher dargestellten Schaufelfuß ausgebildet ist. Das Laufschaufelblatt 5 ist dabei derart ausgebildet, dass eine Strömung in Richtung der Rotationsachse 7 mit einer thermischen Energie derart umgelenkt wird, dass die thermische Energie in Rotationsenergie des Rotors 3 umgewandelt wird. Dazu wird das Laufschaufelblatt 5 profiliert. Die Deckplatten 6 sind in Umfangsrichtung 2 hintereinander angeordnet.The FIG. 1 shows a section of a blade assembly 1. The blade assembly 1 comprises a plurality of arranged in the circumferential direction 2 on a rotor 3 designed as turbine blades blades 4. For clarity, only two turbine blades are provided with the reference numeral 4. The turbine blades essentially comprise a rotor blade 5, which is formed between a cover plate 6 and a blade root, not shown. The rotor blade 5 is designed such that a flow in the direction of the axis of rotation 7 is deflected with a thermal energy such that the thermal energy is converted into rotational energy of the rotor 3. For this purpose, the blade 5 is profiled. The cover plates 6 are arranged one behind the other in the circumferential direction 2.

Die Deckplatten 6 sind hierbei als Z-Platten ausgebildet. Der nicht näher dargestellte Schaufelfuß ist als Hammerfuß ausgebildet. Die Deckplatten 6 sind hierbei derart auf dem Rotor 3 angeordnet, dass eine Deckplatte 6 eine Kraft auf eine benachbarte Deckplatte 6 ausübt. Die Deckplatten 6 sind dadurch gegeneinander vorgespannt.The cover plates 6 are formed here as Z-plates. The blade root not shown is designed as a hammer foot. The cover plates 6 are in this case arranged on the rotor 3 such that a cover plate 6 exerts a force on an adjacent cover plate 6. The cover plates 6 are thereby biased against each other.

Im Betrieb rotiert der Rotor 3 um die Rotationsachse 7 mit einer Frequenz zwischen 25Hz und 60Hz. Es sind auch größere Frequenzen möglich. Bei diesen Frequenzen erfolgt eine Fliehkraft, die die Laufschaufel 4 dazu führt, in radialer Richtung 8 sich zu bewegen, was durch den Schaufelfuß, der in einer Nut im Rotor 3 festgehalten ist, verhindert wird. Die radiale Richtung 8 zeigt hierbei von der Rotationsachse 7 im Wesentlichen entlang der Längsausbildung einer Laufschaufel 4. Während des Betriebs, d. h. während eine Fliehkraft infolge der Rotationsfrequenz entsteht, erfolgt eine Entwindung der Laufschaufel 4, was dazu führt, dass die Vorspannung verstärkt wird. Die Entwindung erfolgt hierbei in einer geeigneten Richtung, die gegenüber der radialen Richtung 8 als Drehachse ausgeführt ist.In operation, the rotor 3 rotates about the axis of rotation 7 with a frequency between 25Hz and 60Hz. There are also larger frequencies possible. At these frequencies, a centrifugal force that causes the blade 4 to move in the radial direction 8, which is prevented by the blade root, which is held in a groove in the rotor 3. The radial direction 8 in this case points from the axis of rotation 7 in FIG During operation, that is, as centrifugal force is generated due to the rotational frequency, unwinding of the blade 4 occurs, resulting in that the bias voltage is increased. The unwinding takes place here in a suitable direction, which is designed with respect to the radial direction 8 as a rotation axis.

Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Deckplatten 6 von drei Schaufeln 4. Die Deckplatten 6 sind als Z-Platten ausgebildet. Die Geometrie der Z-Platte wird beschrieben durch eine Seitenfläche 9, die im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung 2 ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die Deckplatte 6 eine erste vordere Freifläche 10, die gegenüber der Richtung der Rotationsachse 7 negativ gepfeilt ist. Die erste vordere Freifläche 10 ist in dem in der Figur 2 ausgeführten Beispiel unter einem Winkel α, der zwischen 10° und 40° liegt, ausgebildet. Des Weiteren umfasst die Z-Platte eine zweite vordere Freifläche 11, die gegen die Richtung der Rotationsachse 7 ebenfalls negativ gepfeilt ist. Der Winkel β beträgt hierbei Werte zwischen 10° und 40°. Zwischen der ersten vorderen Freifläche 10 und der zweiten vorderen Freifläche 11 ist eine erste vordere Kontaktfläche 12 ausgebildet. Diese vordere Kontaktfläche 12 ist im Gegensatz zu der ersten vorderen Freifläche 10 und zweiten vorderen Freifläche 11 positiv um einen Winkel γ gepfeilt.The FIG. 2 shows a section of the cover plates 6 of three blades 4. The cover plates 6 are formed as Z-plates. The geometry of the Z-plate is described by a side surface 9, which is formed substantially parallel to the circumferential direction 2. Furthermore, the cover plate 6 comprises a first front free surface 10 which is negatively swept with respect to the direction of the rotation axis 7. The first front free surface 10 is in the in the FIG. 2 executed example at an angle α, which is between 10 ° and 40 ° formed. Furthermore, the Z-plate comprises a second front free surface 11, which is also negatively swept against the direction of the rotation axis 7. The angle β is in this case values between 10 ° and 40 °. Between the first front free surface 10 and the second front free surface 11, a first front contact surface 12 is formed. This front contact surface 12 is in contrast to the first front free surface 10 and second front free surface 11 positively swept by an angle γ.

Vorhandene Z-Platten können einfach weitergebildet werden, in dem lediglich eine Schicht 13, die aus einem geeigneten Material besteht, aufgebracht wird. Die Dicke dieser Schicht 13 sollte derart sein, dass eine Vorspannung zwischen den Z-Platten entsteht.Existing Z-plates can be easily formed, in which only a layer 13, which consists of a suitable material is applied. The thickness of this layer 13 should be such as to create a bias between the Z plates.

Gegenüber der ersten vorderen Freifläche 10 umfasst die benachbarte Z-Platte eine erste hintere Freifläche 14, die ebenfalls wie die erste vordere Freifläche 11 um den Winkel α negativ gepfeilt ist. Des Weiteren umfasst die benachbarte Z-Platte eine zweite hintere Freifläche 15, die gegenüber der zweiten vorderen Freifläche 11 angeordnet ist und genauso wie die zweite vordere Freifläche 11 um den Winkel β negativ gepfeilt ist und somit im Wesentlichen parallel angeordnet ist. Zwischen der ersten hinteren Freifläche 14 und der zweiten hinteren Freifläche 15 ist eine hintere Kontaktfläche 16 angeordnet, die wie die vordere Kontaktfläche 12 um den Winkel γ positiv gepfeilt ist.Compared to the first front free surface 10, the adjacent Z-plate comprises a first rear free surface 14, which is also like the first front free surface 11 by the angle α is negative swept. Furthermore, the adjacent Z-plate comprises a second rear free surface 15 which is opposite to the second front free surface 11 is arranged and just like the second front free surface 11 is negatively swept by the angle β and thus arranged substantially in parallel. Between the first rear free surface 14 and the second rear free surface 15, a rear contact surface 16 is arranged, which is swept as the front contact surface 12 by the angle γ positive.

Die Z-Platte ist derart ausgebildet, dass die erste vordere Freifläche 10 bis zu einem Umkehrpunkt 17 sich erstreckt und von dort eine mittlere Kontaktfläche 18, die unter demselben Winkel γ gepfeilt ist wie die vordere Kontaktfläche 12, sich erstreckt. Die mittlere Kontaktfläche 18 erstreckt sich bis zu einem zweiten Umkehrpunkt 19. Am zweiten Umkehrpunkt 19 schließt die zweite vordere Freifläche 11 an. Die Winkel α, β und γ und die Längen der ersten vorderen Freifläche 10, der zweiten vorderen Freifläche 11 und der vorderen Kontaktfläche 12 sind derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen den Winkeln α, β und γ sowie den Längen der ersten hinteren Freifläche 14, der zweiten hinteren Freifläche 15 und der hinteren Kontaktfläche 16 entsprechen. Das bedeutet, dass in der Figur 2 die vorgenannten Flächen zur Deckung gebracht werden können. Lediglich die Schicht 13 müsste in diesem Fall weggedacht werden. Erfindungsgemäß wird die Schicht 13 derart ausgebildet, dass eine Vorspannung zwischen den Z-Platten entsteht. Die Schicht 13 muss dafür parallel zur mittleren Kontaktfläche 18 ausgebildet sein.The Z-plate is formed such that the first front free surface 10 extends to a turning point 17 and from there a central contact surface 18, which is swept at the same angle γ as the front contact surface 12 extends. The middle contact surface 18 extends to a second reversal point 19. At the second reversal point 19, the second front free surface 11 adjoins. The angles α, β and γ and the lengths of the first front relief surface 10, the second front relief surface 11 and the front contact surface 12 are formed to substantially correspond to the angles α, β and γ and the lengths of the first rear relief surface 14, the second rear free surface 15 and the rear contact surface 16 correspond. That means that in the FIG. 2 the aforementioned areas can be made to coincide. Only layer 13 would have to be thought away in this case. According to the invention, the layer 13 is formed such that a bias voltage arises between the Z plates. The layer 13 must be formed parallel to the central contact surface 18 for this purpose.

In der Figur 3 ist eine einzelne Deckplatte 6 und ein Schaufelfuß 20, der als Hammerfuß ausgebildet ist, dargestellt. Die Schicht 13 weist eine Dicke a auf. Die Dicke a sollte geeignet gewählt sein, damit die Vorspannung zwischen den benachbarten Z-Platten ideal ist. Sobald der Schaufelverband 1 mit den einzelnen Schaufeln 4 ausgebildet ist, entstehen Spannungen zwischen den Z-Platten. Dies bewirkt zum einen eine Z-Plattendrehung 21 der Deckplatte 6 in mathematisch negativer Richtung. Zum anderen erfolgt eine Schaufelfußdrehung 22 in mathematisch positiver Richtung.In the FIG. 3 is a single cover plate 6 and a blade root 20 which is designed as a hammer foot represented. The layer 13 has a thickness a. The thickness a should be suitably chosen so that the bias between the adjacent Z plates is ideal. As soon as the blade body 1 is formed with the individual blades 4, stresses arise between the Z plates. This causes a Z-plate rotation 21 of the cover plate 6 in a mathematically negative direction. On the other hand, a blade root rotation 22 takes place in a mathematically positive direction.

Der Schaufelfuß ist von oben in radialer Richtung 8 gesehen rhombisch oder in der Form eines Parallelogramms ausgebildet. Die Länge der Deckplatte 6 weist eine Länge l auf. Die Schicht 13 bewirkt eine Verdrehung der Deckplatte 6 bei der Montage. Da der Schaufelfuß 20 bei der Montage in der Nut im Rotor fixiert ist, stellt die Z-Plattendrehung 21 eine Relativdrehung zwischen Schaufelfuß 20 und Deckplatte 6 dar, wodurch die Laufschaufel 4 wie eine Torsionsfeder gespannt wird. Auf diese Weise wird ein verspannter Deckplattenverband im Betrieb gewährleistet.The blade root is seen from above in the radial direction 8 rhombic or in the form of a parallelogram. The length of the cover plate 6 has a length l. The layer 13 causes a rotation of the cover plate 6 during assembly. Since the blade root 20 is fixed in the groove in the rotor during assembly, the Z-plate rotation 21 constitutes a relative rotation between the blade root 20 and cover plate 6, whereby the blade 4 is tensioned like a torsion spring. In this way, a strained cover plate is guaranteed in operation.

Claims (7)

Schaufelverband (1),
umfassend zumindest zwei Schaufeln (4),
wobei die Schaufel (4) einen Schaufelfuß und eine als Z-Platte ausgebildete Deckplatte (6) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Deckplatten (6) gegeneinander vorgespannt sind.Bucket Association (1),
comprising at least two blades (4),
the blade (4) having a blade root and a cover plate (6) formed as a Z plate,
characterized in that
the cover plates (6) are biased against each other. Schaufelverband (1) nach Anspruch 1,
wobei der Schaufelfuß als Hammerfuß (20) ausgebildet ist.Vane dressing (1) according to claim 1,
wherein the blade root is designed as a hammer base (20). Schaufelverband (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Schaufeln (4) derart ausgebildet sind, dass im Betrieb eine Entwindung erfolgt, die die Vorspannung verstärkt.Blade assembly (1) according to claim 1 or 2,
wherein the blades (4) are formed such that in operation a Entwindung takes place, which amplifies the bias voltage. Schaufelverband (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei die Schaufeln (4) rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse (7) ausgebildet sind und die Deckplatte (6) eine in Umfangsrichtung (2) im Wesentlichen parallel ausgerichtete Seitenfläche (9) aufweist sowie eine gegenüber der Rotationsachse (7) negativ gepfeilte erste (10) und zweite (11) vordere Freifläche aufweist,
wobei die zweite vordere Freifläche (11) in Richtung der Rotationsachse (7) gesehen im Wesentlichen hinter der ersten vorderen Freifläche (10) angeordnet ist,
sowie eine vordere Kontaktfläche (12) umfasst, die zwischen der ersten (10) und zweiten (11) vorderen Freifläche angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass eine Vorspannung von der vorderen Kontaktfläche (12) auf die benachbarte Deckplatte (6) wirkt,
wobei die vordere Kontaktfläche (12) positiv gepfeilt ist.Vane dressing (1) according to claim 1, 2 or 3,
wherein the blades (4) are rotationally symmetrical about an axis of rotation (7) and the cover plate (6) has a circumferentially (2) substantially parallel side surface (9) and a relative to the rotation axis (7) negatively swept first (10) and second (11) front free surface,
wherein the second front free surface (11), as seen in the direction of the rotation axis (7), is arranged substantially behind the first front free surface (10),
and a front contact surface (12) disposed between the first (10) and second (11) front relief surfaces and configured to apply a bias from the front contact surface (12) to the adjacent cover plate (6).
wherein the front contact surface (12) is positively swept. Schaufelverband (1) nach Anspruch 4,
wobei die Deckplatte (6) eine negativ gepfeilte erste (14) und zweite (15) hintere Freifläche aufweist,
wobei die zweite hintere Freifläche (15) in Richtung der Rotationsachse (7) gesehen im Wesentlichen hinter der ersten hinteren Freifläche (14) angeordnet ist,
wobei die Deckplatte (6) ferner eine hintere Kontaktfläche (16) aufweist, die zwischen der ersten (14) und zweiten hinteren (15) Freifläche angeordnet ist,
wobei die hintere Kontaktfläche (18) positiv gepfeilt ist und mit der vorderen Kontaktfläche (12) der benachbarten Schaufel (4) in vorspannender Berührung steht,
wobei die erste (14) und zweite (15) hintere Freifläche sowie die hintere Kontaktfläche (16) in Umfangsrichtung (2) gesehen hinter der ersten (10) und zweiten (11) vorderen Freifläche sowie der vorderen Kontaktfläche (12) angeordnet ist.Vane dressing (1) according to claim 4,
wherein the cover plate (6) has a negatively swept first (14) and second (15) rear free surface,
wherein the second rear free surface (15), as viewed in the direction of the rotation axis (7), is arranged substantially behind the first rear free surface (14),
the cover plate (6) further comprising a rear contact surface (16) disposed between the first (14) and second rear (15) flanks,
the rear contact surface (18) being positively swept and in biasing contact with the front contact surface (12) of the adjacent blade (4),
wherein the first (14) and second (15) rear free surface and the rear contact surface (16) in the circumferential direction (2) seen behind the first (10) and second (11) front free surface and the front contact surface (12) is arranged. Schaufelverband (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Schaufelfuß (20) senkrecht zur Rotationsachse (7) ausgesehen rhomboidförmig oder parallelogrammförmig ausgebildet ist.Vane dressing (1) according to one of the preceding claims,
wherein the blade root (20) perpendicular to the rotation axis (7) is formed rhomboidförmig or parallelogram-shaped. Schaufelverband (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Schaufelverband (1) zum Einbau in eine Dampfturbine vorgesehen ist.Vane dressing (1) according to one of the preceding claims,
wherein the blade assembly (1) is provided for installation in a steam turbine.
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