DE102011050961A1

DE102011050961A1 - Turbine blade arrangement

Info

Publication number: DE102011050961A1
Application number: DE102011050961A
Authority: DE
Inventors: Andres Jose Garcia-Crespo; Robert Alan Brittingham
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-03-01
Also published as: CN102383864A; CH703775A2; JP2012052523A; US20120051924A1

Abstract

Eine Schaufelanordnung (12) für einen Rotor (14) enthält einen Befestigungsabschnitt (20), der betriebsmäßig mit einem Rotor (14) verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt (18). Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt (18) und den Befestigungsabschnitt (20) hindurch, um den Schaufelblattabschnitt (18) an dem Befestigungsabschnitt (20) zu sichern. Ein Verfahren zur Montage einer Anordnung (10) eines Rotors (14) enthält ein Einführen eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt (20) einer Schaufelanordnung (12) und einen Schaufelblattabschnitt (18) der Schaufelanordnung (12) hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt (18) an dem Befestigungsabschnitt (20) gesichert wird. Die Schaufelanordnung (12) wird anschließend an einem Rotor (14) gesichert.A blade assembly (12) for a rotor (14) includes a mounting portion (20) operably connectable to a rotor (14) and an airfoil portion (18). At least one retaining means extends in a substantially tangential direction at least partially through the airfoil section (18) and the attachment section (20) to secure the airfoil section (18) to the attachment section (20). A method for assembling an arrangement (10) of a rotor (14) includes introducing a holding means in a substantially tangential direction at least partially through a fastening section (20) of a blade arrangement (12) and an airfoil section (18) of the blade arrangement (12) whereby the airfoil portion (18) is secured to the attachment portion (20). The blade assembly (12) is then secured to a rotor (14).

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Der Gegenstand der Erfindung wurde unter dem Auftrag der Regierung der Vereinigten Staaten Nr. DE-FC26-05NT42643-DOE geschaffen. Die US-Bundesregierung kann bestimmte Rechte an dieser Erfindung haben.The subject of the invention was created under the order of the United States Government No. DE-FC26-05NT42643-DOE. The US Federal Government may have certain rights to this invention.

Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbomaschinen. Insbesondere betrifft der Offenbarungsgegenstand Turbinenschaufelanordnungen für Turbomaschinen.The subject matter disclosed herein relates to turbomachinery. In particular, the disclosure relates to turbine blade assemblies for turbomachinery.

Turbinenanordnungen enthalten eine Anzahl von Laufschaufeln, die an einem Rotor gesichert sind. In einigen Turbinen ist es erwünscht, dass die Schaufel einen Schaufelblattabschnitt und einen Plattformabschnitt enthält, in den der Schaufelblattabschnitt eingeführt wird, um häufig dem Schaufelblattabschnitt und dem Plattformabschnitt zu ermöglichen, aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet zu sein. Die kombinierte Schaufelblatt/Plattform-Schaufelanordnung wird über z. B. eine herkömmliche Schwalbenschwanzbefestigung an dem Rotor gesichert.Turbine assemblies include a number of blades secured to a rotor. In some turbines, it is desirable that the blade include an airfoil portion and a platform portion into which the airfoil portion is inserted to frequently allow the airfoil portion and the platform portion to be formed of different materials. The combined airfoil / platform vane assembly is over z. As a conventional dovetail secured to the rotor.

Schaufelanordnungen, bei denen der Schaufelblattabschnitt und der Plattformabschnitt aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften bestehen, rufen thermische Anpassungsprobleme sowie Probleme in Bezug auf die mechanische Integrität der Anordnung hervor. In derartigen Anordnungen werden die Schaufelblattabschnitte gewöhnlich über Schwalbenschwänze, häufig in einer Axialrichtung an den Plattformabschnitten gesichert. Dies bringt durch die Turbomaschine führende Leckagepfade ein, für die zusätzliche Dichtungsstrukturen eingeführt werden müssen, um die Leckage zu kontrollieren. An sich steigt die Teileanzahl, und folglich steigen die Kosten der Turbomaschine. Die Technik würde gerne eine Turbinenschaufelanordnung begrüßen, die kosteneffektiv ist und eine Leckage durch die Turbomaschine nicht stark negativ beeinflusst.Blade assemblies in which the airfoil portion and the platform portion are made of different materials having different mechanical and thermal properties create thermal matching problems as well as mechanical integrity problems of the assembly. In such arrangements, the airfoil sections are usually secured via dovetails, often in an axial direction at the platform sections. This introduces leading leakage paths through the turbomachinery, for which additional sealing structures must be introduced to control the leakage. In itself, the number of parts increases, and consequently the cost of the turbomachine increases. The technique would like to welcome a turbine blade assembly that is cost effective and does not severely negatively affect leakage through the turbomachine.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Schaufelanordnung für einen Rotor einen Befestigungsabschnitt, der mit einem Rotor funktionsmäßig verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt. Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt und den Befestigungsabschnitt hindurch, um den Schaufelblattabschnitt an dem Befestigungsabschnitt zu sichern.According to one aspect of the invention, a blade assembly for a rotor includes a mounting portion operably connectable to a rotor and an airfoil portion. At least one retaining means extends in a substantially tangential direction at least partially through the airfoil portion and the attachment portion to secure the airfoil portion to the attachment portion.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur Montage einer Rotoranordnung ein Einführen wenigstens eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt einer Schaufelanordnung und einen Schaufelblattabschnitt der Schaufelanordnung hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt an dem Befestigungsabschnitt gesichert wird. Die Schaufelanordnung wird anschließend an einem Rotor gesichert.According to another aspect of the invention, a method of assembling a rotor assembly includes inserting at least a retaining means in a substantially tangential direction at least partially through a mounting portion of a blade assembly and an airfoil portion of the blade assembly, thereby securing the airfoil portion to the mounting portion. The blade assembly is then secured to a rotor.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und klar und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:The subject matter considered to be the invention is particularly pointed out in the claims at the conclusion of the specification and is clearly and distinctly claimed. The foregoing and other features and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1 eine ebene Ausschnittsansicht einer Ausführungsform einer Rotoranordnung; 1 a planar sectional view of an embodiment of a rotor assembly;

2 eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer Schaufelanordnung für eine Rotoranordnung; und 2 an exploded view of an embodiment of a blade assembly for a rotor assembly; and

3 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Schaufelanordnung für eine Rotoranordnung. 3 a cross-sectional view of an embodiment of a blade assembly for a rotor assembly.

Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit ihren Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.The detailed description explains embodiments of the invention together with its advantages and features by way of example with reference to the drawings.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In 1 ist eine Ausführungsform einer Rotoranordnung 10 für z. B. eine Turbine einer Turbomaschine veranschaulicht. Die Rotoranordnung 10 enthält mehrere Schaufelanordnungen 12, die an einem Rotor 14 an einem Umfang des Rotors 14 z. B. über mehrere Schwalbenschwanzbefestigungen 16 gesichert sind.In 1 is an embodiment of a rotor assembly 10 for z. B. illustrates a turbine of a turbomachine. The rotor arrangement 10 contains several blade arrangements 12 attached to a rotor 14 on a circumference of the rotor 14 z. B. over several dovetail attachments 16 are secured.

Bezugnehmend auf die Explosionsansicht nach 2 enthält eine Schaufelanordnung 12 einen tragflächenprofilförmigen Abschnitt bzw. Schaufelblattabschnitt 18 und einen Befestigungsabschnitt 20. Der Schaufelblattabschnitt 18 enthält ein Schaufelblatt 22 und in einigen Ausführungsformen eine Plattform 24, die einen ringförmigen Strömungspfad des Rotors 14 definiert. Der Schaufelblattabschnitt 18 kann aus vielfältigen Materialien erzeugt sein, die für die Hochtemperaturumgebung, in der viele Rotoren 14 arbeiten, gut geeignet sind. Z. B. kann der Schaufelblattabschnitt 18 aus einem Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix (CMC) oder aus einer Einkristalllegierung ausgebildet sein. Der Befestigungsabschnitt 20 ist von dem Schaufelblattabschnitt 18 gesondert hergestellt und kann aus einem Material ausgebildet sein, das sich von demjenigen unterscheidet, das in dem Schaufelblattabschnitt 18 verwendet wird. Da die Umgebung des Befestigungsabschnitts 20 nicht derart hohe Temperatur wie diejenige des Schaufelblattabschnitts 18 aufweist, können kostengünstigere metallische Materialien, wie beispielsweise Nickellegierungen, verwendet werden. Der Befestigungsabschnitt 20 enthält eine Befestigungseinrichtung, um die Schaufelanordnung an dem Rotor 14 zu sichern, die in einigen Ausführungsformen durch den Schwalbenschwanz 16 gebildet ist.Referring to the exploded view 2 contains a blade arrangement 12 an airfoil-shaped section or airfoil section 18 and a fixing portion 20 , The airfoil section 18 contains an airfoil 22 and in some embodiments, a platform 24 having an annular flow path of the rotor 14 Are defined. The airfoil section 18 It can be made of a variety of materials suitable for the high temperature environment in which many rotors 14 work, are well suited. For example, the airfoil section 18 be formed of a composite material with ceramic matrix (CMC) or of a single crystal alloy. The attachment section 20 is from the airfoil section 18 made separately and may be formed of a material different from that used in the airfoil section 18 is used. Because the environment of the attachment section 20 not as high a temperature as that of the airfoil section 18 lower cost metallic materials, such as nickel alloys, may be used. The attachment section 20 includes a fastening device to the blade assembly on the rotor 14 to secure, in some embodiments, by the dovetail 16 is formed.

Der Befestigungsabschnitt 20 enthält einen Stegabschnitt 26, der sich in einigen Ausführungsformen in einer im Wesentlichen axialen Richtung entlang des Befestigungsabschnitts 20 erstreckt. Der Stegabschnitt 26 enthält eine Tasche 28, in die ein Vorsprung 30 des Schaufelblattabschnitts 18 eingeführt wird. Die Tasche 28 enthält eine oder mehrere Taschenlöcher 32, die durch wenigstens eine Wand der Tasche 28 hindurchführen. Wie in 2 veranschaulicht, erstreckt sich das Taschenloch 32 in einigen Ausführungsformen durch eine sich axial erstreckende Seitenwand 34 der Tasche 28 hindurch. Obwohl die Ausführungsform nach 2 ein einziges Taschenloch 32 enthält, ist es zu verstehen, dass zwei oder mehrere Taschenlöcher 32 enthalten sein können. Der Vorsprung 30 enthält wenigstens ein Vorsprungsloch 36, das sich durch diesen hindurch erstreckt und mit dem einen oder den mehreren Taschenlöchern 32 im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet ist. Während das Vorsprungsloch 36 und das Taschenloch 32, wie sie in 2 veranschaulicht sind, rund sind, ist es zu verstehen, dass das Vorsprungsloch 36 und/oder das Taschenloch 32 andere Formen, z. B. eine ovale oder winkelige Gestalt, aufweisen kann/können.The attachment section 20 contains a bridge section 26 in some embodiments, in a substantially axial direction along the mounting portion 20 extends. The bridge section 26 contains a bag 28 into which a lead 30 of the airfoil section 18 is introduced. The pocket 28 contains one or more pocket holes 32 passing through at least one wall of the bag 28 round lead. As in 2 illustrates, the pocket hole extends 32 in some embodiments by an axially extending sidewall 34 the pocket 28 therethrough. Although the embodiment according to 2 a single pocket hole 32 contains, it is understood that two or more pocket holes 32 may be included. The lead 30 contains at least one projection hole 36 extending therethrough and with the one or more pocket holes 32 is aligned substantially in alignment. While the projection hole 36 and the pocket hole 32 as they are in 2 are illustrated, are round, it is understood that the projection hole 36 and / or the pocket hole 32 other forms, eg. B. can have an oval or angular shape, / can.

Es sind ein oder mehrere Haltemittel, z. B. Schaufelzapfen 38, enthalten, um den Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 zu sichern. Jeder Schaufelzapfen 38 erstreckt sich in tangentialer Richtung durch das Taschenloch 32 hindurch und wenigstens teilweise durch das Vorsprungsloch 36. Indem nun auf 3 Bezug genommen wird, erstreckt sich der Schaufelzapfen 38 durch das Taschenloch 32 an einer ersten Seitenwand 34 der Tasche 28 und durch das Vorsprungsloch 36 hindurch. In dieser Ausführungsform ist eine zweite Seitenwand 34 der Tasche ohne ein Taschenloch 32 ausgebildet, so dass eine Spitze 40 des Schaufelzapfens 38 nicht vollständig durch die Tasche 28 hindurchfährt. Um zu verhindern, dass der Schaufelzapfen 38 versehentlich entfernt wird, wenn die angrenzende Schaufelanordnung 12 in dem Rotor 14 eingebaut ist, kann die Seitenwand 34 der angrenzenden Schaufelanordnung 12 im Wesentlichen an einem Kopf 42 des Schaufelzapfens 38 anliegen, um den Schaufelzapfen 38 in der Schaufelanordnung 12 zu halten. In anderen Ausführungsformen kann der Schaufelzapfen über einen Prozess, wie beispielsweise Schweißen, oder andere Sicherungsmittel in der Schaufelanordnung 12 gehalten werden. Ferner kann der Schaufelzapfen 38 über eine Presspassung an der Schaufelanordnung 12 montiert werden. Selbst wenn in der veranschaulichten Ausführungsform nach 3 ein Schaufelzapfen 38 verwendet wird, ist es zu verstehen, dass andere Mittel zur Sicherung des Schaufelblattabschnitts 18 an dem Befestigungsabschnitt 20, einschließlich mechanischer Befestigungsmittel mit Gewinden, Keile, Schweißungen und/oder Klebstoffe, verwendet werden können.There are one or more holding means, for. B. scoop pin 38 , included, around the airfoil section 18 at the attachment portion 20 to secure. Every scoop pin 38 extends in the tangential direction through the pocket hole 32 through and at least partially through the projection hole 36 , By now on 3 With reference to FIG. 2, the blade journal extends 38 through the pocket hole 32 on a first side wall 34 the pocket 28 and through the projection hole 36 therethrough. In this embodiment, a second side wall 34 the bag without a pocket hole 32 formed, leaving a tip 40 the bucket pin 38 not completely through the bag 28 shall pass through. To prevent the scoop pin 38 accidentally removed when the adjacent blade assembly 12 in the rotor 14 is installed, the side wall can 34 the adjacent blade assembly 12 essentially on one head 42 the bucket pin 38 abut the blade journal 38 in the blade arrangement 12 to keep. In other embodiments, the blade journal may be via a process, such as welding, or other securing means in the blade assembly 12 being held. Furthermore, the blade journal 38 via a press fit on the blade assembly 12 to be assembled. Even if in the illustrated embodiment 3 a shovel 38 is used, it is understood that other means for securing the airfoil section 18 at the attachment portion 20 , including mechanical fasteners with threads, wedges, welds and / or adhesives, may be used.

Erneut bezugnehmend auf 2 enthält die Schaufelanordnung 12 in einigen Ausführungsformen eine Buchse 44, die vor dem Einbau des Schaufelzapfens 38 in die Taschenlöcher 32 und die Vorsprungslöcher 36 eingebaut wird. Die Verwendung der Buchse 44 reduziert Hertzsche Pressungen an der Schaufelanordnung 12 in dem Bereich des Schaufelzapfens 38. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, ist zwischen dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 ein Zwischeneinsatz 46 angeordnet, der z. B. ein relativ weiches Material aufweist. Der Einsatz 46 wird verwendet, um Spannungen und Verschleiß an dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 an den Verbindungsstellen zwischen dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 zu reduzieren.Referring again to 2 contains the blade assembly 12 a jack in some embodiments 44 before installing the scoop pin 38 in the pocket holes 32 and the protrusion holes 36 is installed. The use of the socket 44 reduces Hertzian stresses on the blade assembly 12 in the area of the scoop pin 38 , As in the 2 and 3 illustrates is between the projection 30 and the bag 28 an interim employment 46 arranged, the z. B. has a relatively soft material. The use 46 is used to reduce tension and wear on the projection 30 and the bag 28 at the joints between the projection 30 and the bag 28 to reduce.

Während die Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifikationen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Außerdem ist es zu verstehen, dass, während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.While the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention may be modified to incorporate any number of variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, which, however, are within the spirit and scope of the invention. It should also be understood that while various embodiments of the invention have been described, aspects of the invention may only include some of the described embodiments. Accordingly, the invention should not be construed as being limited by the foregoing description, but is limited only by the scope of the appended claims.

Eine Schaufelanordnung 12 für einen Rotor 14 enthält einen Befestigungsabschnitt 20, der betriebsmäßig mit einem Rotor 14 verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt 18. Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt 18 und den Befestigungsabschnitt 20 hindurch, um den Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 zu sichern. Ein Verfahren zur Montage einer Anordnung 10 eines Rotors 14 enthält ein Einführen eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt 20 einer Schaufelanordnung 12 und einen Schaufelblattabschnitt 18 der Schaufelanordnung 12 hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 gesichert wird. Die Schaufelanordnung 12 wird anschließend an einem Rotor 14 gesichert.A scoop arrangement 12 for a rotor 14 contains a fixing section 20 operating with a rotor 14 is connectable, and an airfoil section 18 , At least one retaining means extends at least partially through the airfoil section in a substantially tangential direction 18 and the attachment section 20 through the airfoil section 18 at the attachment portion 20 to secure. A method of assembling an assembly 10 a rotor 14 includes introducing a holding means in a substantially tangential direction at least partially through a mounting portion 20 a blade arrangement 12 and an airfoil section 18 the blade arrangement 12 through which the blade section 18 at the attachment portion 20 is secured. The blade arrangement 12 is next to a rotor 14 secured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Rotoranordnungrotor assembly
1212: Schaufelanordnungvane assembly
1414: Rotorrotor
1616: Schwalbenschwanzbefestigungdovetail mounting
1818: SchaufelblattabschnittAerofoil section
2020: Befestigungsabschnittattachment section
2222: Schaufelblattairfoil
2424: Plattformplatform
2626: Stegabschnittweb section
2828: Taschebag
3030: Vorsprunghead Start
3232: Löcherholes
3434: SeitenwandSide wall
3636: Vorsprungslochprojection hole
3838: Schaufelzapfenbucket pins
4040: Spitzetop
4242: Kopfhead
4444: BuchseRifle
4646: Zwischeneinsatzintercalary

Claims

Blade arrangement ( 12 ) for a rotor ( 14 ), comprising: a fixing section ( 20 ), with a rotor ( 14 ) is functionally connectable; an airfoil section ( 18 ); and at least one retaining means extending in a substantially tangential direction at least partially through the airfoil section (11). 18 ) and the attachment section ( 20 ) extends to the airfoil portion ( 18 ) at the attachment portion ( 20 ).

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, wherein the at least one holding means is at least one pin.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 2, wherein the at least one pin is formed by welding in the blade arrangement ( 12 ) is secured.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, wherein the attachment portion ( 20 ) has a pocket in which the airfoil section ( 18 ) is used.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 4, wherein the pocket contains at least one pocket hole in which the at least one retaining means is inserted.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 5, wherein the at least one pocket hole is disposed on a tangential surface of the pocket.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, further comprising a bushing interposed between said retaining means and said airfoil section (10). 18 ) is arranged.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, further comprising an intermediate insert disposed between the airfoil section (10). 18 ) and the attachment section ( 20 ) is arranged.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, wherein the airfoil section ( 18 ) and the attachment section ( 20 ) are formed of different materials.

Blade arrangement ( 12 ) according to claim 1, wherein the airfoil section ( 18 ) is formed of a composite material with ceramic matrix and / or a single crystal alloy.