Befestigung von Laufschaufeln einer Strömungsmaschine

Abstract

 Laufschaufeln (4) einer Strömungsmaschine sind am Rotor (1) mittels Schaufelfüssen (5) in einer Umfangsnut (2) befestigt. Für den Einbau der letzten Laufschaufel (4) ist ein Spalt vorgesehen. Nach deren Einbau bleibt ein Restspalt in der Umfangsnut (2) übrig, der mittels Zwischenstücken (10) aufgefüllt wird, die jeweils zwischen den Laufschaufelfüssen (5) angeordnet sind. Die Schaufelfüsse (5) weisen an einer der Seiten, die einem benachbarten Schaufelfuss (5) zugewandt ist, eine Aussparung (9) auf, die bei allen Schaufelfüssen (5) gleich ist und in die ein Zwischenstück (10) formschlüssig passt. Die Zwischenstücke (10) sind in ihrem Querschnitt beispielsweise kreisförmig. Die Dicke eines Zwischenstücks (10) ist jeweils grösser als die Tiefe einer Aussparung (9). Die Summe der Dicken der Zwischenstücke (10) und die Summe der Distanzen zwischen der Rückseite (11) eines Schaufelfusses (5) und der Innenseite (12) einer Aussparung (9) ergeben den Nutumfang. Der Vorteil der Erfindung liegt in der Standardisierung der Zwischenstücke (10) für alle in Umfangsnuten verankerten Schaufelfusstypen.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Befestigung oder Verankerung von Laufschaufeln einer Strömungsmaschine mittels Schaufelfüssen, deren Querschnitt gleich einem Rhombus ist. Die Schaufelfüsse sind in einer Umfangsnut am Rotor der Maschine verankert. Die Schaufeln werden nacheinander in der Nut verankert, wobei für die Montage der letzten Schaufel ein Spalt vorgesehen ist und nach deren Einbau ein Restspalt verbleibt. Die Erfindung betrifft insbesondere Bauteile, die zwischen den Schaufelfüssen montiert werden zwecks Auffüllung des Restspalts und der Vermeidung von Verschiebungen der Laufschaufelfüsse entlang der Umfangsnut.

Stand der Technik

[0002] Befestigungen von Laufschaufeln in Turbinenrotoren mittels Verankerungen von Schaufelfüssen in einer Umfangsnut sind bekannt. Solche Befestigungen werden insbesondere bei kleineren Schaufeln angewandt. Die Schaufelfüsse haben in ihrem horizontalen Querschnitt senkrecht zur Schaufellängsachse zumeist eine rhombische Grundform und weisen in der Längsachse grundsätzlich die Form eines umgekehrten T oder einer Hammerkopfform auf, welche in Nutzacken in der Nut eingreift. Die kurzen Seiten eines Rhombus sind dabei den Seitenwänden der Nut, oder axialen Führungsflächen, anliegend.

[0003] Bei der Montage von Schaufeln in Umfangsnuten im Rotor stellt sich jeweils das Problem der Montage der letzten Schaufel einer Schaufelreihe. Eine bekannte Methode ist die Gewährung eines Montagespalts, der so dimensioniert ist, dass der letzte Schaufelfuss gerade noch in die Nut eingeführt werden kann. Besitzt der Schaufelfuss einen rhombischen Querschnitt, braucht der Montagespalt mindestens gleich der langen Diagonale des Rhombus zu sein, wie es in Figur 1a dargestellt ist und nachstehend näher erläutert wird. Nach dem Einführen und Drehen der letzten Schaufel in die gewünschte Orientierung verbleibt ein Restspalt zwischen der ersten und letzten (n-ten) Schaufel. Zur Fixierung der Schaufeln in der Nut und Vermeidung von Verschiebungen der Schaufeln während des Betriebs wird dieser Restspalt mittels Zwischenstücken oder Distanziereinlagen, welche zwischen den Schaufelfüssen angeordnet werden, aufgefüllt. Gemäss Figur 1a und b sind dies zunächst provisorische Distanziereinlagen, welche danach durch definitive Distanziereinlagen gemäss Figur 1c ersetzt werden. Figur 2a und b zeigen einzelne Zwischenstücke, wovon die einen ganze Zwischenstücke und die anderen halbierte Zwischenstücke sind. Bei den halbierten Zwischenstücken sind die in der Mitte aneinander liegenden Seiten gerade und vertikal. Die Zwischenstücke oder Distanziereinlagen dienen nicht nur der Fixierung der Schaufelfüsse in der Nut, sondern auch der Distanzierung der Schaufelfüsse voneinander und der gleichmässigen Verteilung des Restspalts über den Umfang der Nut.

[0004] Die Zwischenstücke besitzen jeweils die gleiche Form wie die Schaufelfüsse, welche sie fixieren. Die Schaufelfüsse jeder Schaufelreihe sind jeweils entsprechend der Grösse der Schaufeln jener Schaufelreihe dimensioniert. Dabei unterscheiden sich die Schaufelfüsse einer Schaufelreihe von jenen einer weiteren Schaufelreihe in ihrer Breite, Länge sowie der Anzahl Zacken und Stufen in der T-Form oder Hammerkopf-Form.

[0005] Bei der Montage des letzten Zwischenstücks zeigt sich wiederum das gleiche Problem wie beim Montieren der letzten Schaufel. Zur Lösung dieses Problems wird wiederum ein Spalt gewährt, der gross genug für die Montage eines halbierten Zwischenstücks ist. Dieser kleinere Spalt wird schliesslich mittels halbierten Zwischenstücken, wie in Figur 2b dargestellt, aufgefüllt.

[0006] Jede Schaufelreihe besitzt also ihre eigene indivduelle Schaufelfussform, ein Unikat. Da die Zwischenstücke entsprechend den Schaufelfüssen geformt sind, sind für jede Schaufelreihe eigene Zwischenstücke notwendig. Die spezielle Herstellung dieser individuellen Zwischenstücke erweist sich als kostenaufwendig. Ferner hat es sich bei der Montage der Schaufeln und Zwischenstücke als zweckmässig erwiesen, dass zunächst abwechslungsweise jeweils eine Schaufel und ein provisorisches Zwischenstück in die Nut eingelegt werden, wobei die provisorischen Zwischenstücke dünner sind als die schliesslich für das Auffüllen der Nut verwendeten definitiven Zwischenstücke. Die provisorischen Zwischenstücke dienen der Begrenzung des Abstandes von Schaufelfuss zu Schaufelfuss und verhindern so eine Übertordierung des Schaufelblatts. Nach Einlegen der letzten Schaufel werden die provisorischen Zwischenstücke herausgenommen und durch definitive Zwischenstücke ersetzt. Diese definitiven Zwischenstücke sind dicker als die provisorischen, wodurch der Tordierungswinkel der Schaufeln neu und definitiv festgelegt wird.

[0007] Bei der Montage des letzten definitiven Zwischenstücks zeigt sich wiederum das gleiche Problem wie beim Montieren der letzten Schaufel. Zur Lösung dieses Problems wird wiederum ein Spalt offen gelassen, diesmal nur kleiner, aber gross genug für die Montage eines halbierten Zwischenstücks. Dieser kleinere Spalt wird mittels halbierten Zwischenstücken, wie in Figur 2b dargestellt, schliesslich aufgefüllt. (Der am Ende nach Einlegen dieser halben Zwischenstücke noch übrig bleibende Spalt wird schliesslich durch ein drei-teiliges Schlussstück gefüllt, wonach die Schaufeln in der Umfangsnut für den Betrieb der Turbine ausreichend fixiert sind.)

Darstellung der Erfindung

[0008] Es ist die Aufgabe der Erfindung, für eine Verankerung von Turbinenlaufschaufeln in einer Umgangsnut an einem Rotor ein Zwischenstück oder Fixierteil zwecks Auffüllung des Restspalts nach der Montage der letzten Schaufel zu schaffen, das im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger herstellbar ist.

[0009] Diese Aufgabe wird durch eine Verankerung von Laufschaufeln einer Turbomaschine gemäss des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst, bei der die Schaufelfüsse an einer der Flächen, die einem benachbarten Schaufelfuss zugewandt ist, eine Aussparung aufweisen. Die Zwischenstücke zur Auffüllung des Restspalts weisen in ihrem Längsschnitt die gleiche Umfangsform auf wie die Aussparungen und passen formschlüssig in diese Aussparungen hinein. Die Dicke der Zwischenstücke ist dabei grösser als die Tiefe der Aussparungen, sodass die Schaufelfüsse voneinander beabstandet werden. In Richtung des Nutumfangs gemessen ergibt die Summe der Distanzen zwischen jeweils den Rückseiten der Schaufelfüsse, also den Seiten ohne Aussparung, und den Innenflächen der Aussparungen der Schaufelfüsse einer Schaufelreihe zuzüglich der Summe der Dicken aller erfindungsgemässen Zwischenstücke jener Schaufelreihe den gesamten Nutumfang. Dadurch sind die Schaufelfüsse in der Umfangsnut fixiert und Verschiebungen entlang der Nut werden vermieden.

[0010] Die erfindungsgmässen Zwischenstücke werden also nicht mehr in der Umfangsnut verankert sondern nunmehr in die Aussparung im Schaufelfuss eingelegt und dadurch fixiert. Ihre Querschnittsfläche und -form passen formschlüssig in die entsprechende Aussparung in den Schaufelfüssen.

[0011] Die Querschnittsfläche eines Zwischenstücks ist dabei möglichst gross gewählt, sodass die Kontaktfläche mit der Rückseite des benachbarten Schaufelfusses und dadurch die Fixierung der Schaufelfüsse in der Nut möglichst grossflächig optimiert ist. Jedoch ist die Fläche hingegen insofern begrenzt, sodass die auf das Zwischenstück wirkende Fliehkraft möglichst klein ist.

[0012] Vorzugsweise sind die Aussparungen und die dazugehörigen Zwischenstücke bei allen in Umfangsnuten verankerten Schaufelreihen gleich ausgebildet und gefertigt. Hieraus ergibt sich der Vorteil der Erfindung, dass für die Montage von Laufschaufeln in Umfangsnuten für sämtliche Schaufelreihen die Fertigung nur eines einzigen Typs von Zwischenstück notwendig ist. Die Herstellung ist durch diese Standardisierung kostengünstiger.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Es zeigen:

Figur 1a: Eine Umfangsnut an einem Rotor mit n-1 montierten Laufschaufeln und einem Montagespalt für die letzte, n-te Schaufel gemäss dem Stand der Technik,

Figur 1b: Dieselbe Umfangsnut mit n montierten Laufschaufeln und dem übriggebliebenen Restspalt gemäss dem Stand der Technik,

Figur 1c: Dieselbe Umfangsnut mit n montierten Laufschaufeln und n eingefügten Zwischenstücken gemäss dem Stand der Technik,

Figur 2a: Eine vertikale Ansicht 2a-2a eines Zwischenstückes nach dem Stand der Technik,

Figur 2b: Eine vertikale Ansicht 2b-2b eines halbierten Zwischenstücks nach dem Stand der Technik,

Figur 3: Eine Umfangsnut mit n montierten Laufschaufeln mit erfindungsgemässen Aussparungen in den Schaufelfüssen und einem Restspalt zur Montage der n-ten Schaufel,

Figur 4: Eine Umfangsnut mit erfindungsgemässen Schaufelfüssen und eingelegten Zwischenstücken,

Figur 5a-e: Verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemässen Aussparungen gemäss Figur 4 Ansicht 5-5.

Weg der Ausführung der Erfindung

[0014] Figur 1 a zeigt einen Rotor 1, in dem eine Umfangsnut 2 mit Nutzacken 3 angeordnet ist. In der Umfangsnut 2 sind Laufschaufeln 4 eingelegt, die mit 1., 2. usw. bis n-1 und n gekennzeichnet sind. Die Schaufelfüsse 5 der Laufschaufeln 3 besitzen einen rhombischen Querschnitt, die der Breite der Umfangsnut angepasst ist, so dass die Seiten der Schaufelfüsse 5 flach auf die Seiten der Nut aufliegen. In ihrem Querschnitt längs der Schaufel sind die Schaufelfüsse grundsätzlich T-förmig, wodurch sie sich in den Nutzacken 3 verankern lassen.

[0015] Die Rhomben der Schaufelfüsse sind ferner in ihrer Länge entlang der Umfangsrichtung so dimensioniert, dass nach Verankerung von n-1 Laufschaufelfüssen sowie der Anordnung von provisorischen Zwischenstücken 13 in der Nut ein Spalt übrig bleibt, dessen Grösse gleich der langen Diagonale eines Schaufelfussrhombus ist. Dieser Spalt gewährt also die Montage der letzten, n-ten Schaufel ohne seitliche Einbauöffnung. Nach Montage der letzten Schaufel verbleibt ein Restspalt 6 übrig wie in Figur 1b gezeigt.

[0016] Figur 1c zeigt die Auffüllung des Restspalts 6 mittels definitiven Distanziereinlagen oder Zwischenstücken 7a, 7b. Diese sind zwischen den Schaufelfüssen 5 eingelegt und auf gleiche Weise im Nutzacken 3 verankert wie die Schaufelfüsse selbst. Hierzu sind die Zwischenstücke 7a, 7b in ihrer Form gleich ausgebildet wie die Schaufelfüsse, die sie fixieren. Die meisten Zwischenstücke sind sogenannte ganze Zwischenstücke 7a wie in Figur 2a, die restlichen Zwischenstücke sind halbierte Zwischenstücke 7b wie in Figur 2b dargestellt. Zunächst werden die ganzen Zwischenstücke eingelegt. Die halbierten Zwischenstücke 7b werden dann verwendet, wenn der Spalt für den Einbau der ganzen Zwischenstücke zu schmal für geworden ist. Nach Einbau der halbierten Stücke verbleibt schliesslich ein kleiner Spalt von der Grösse der Dicke des halbierten Zwischenstücks, der mit einem Schlussstück geschlossen wird, sodass die Schaufeln in der Nut nahezu spaltlos fixiert sind.

[0017] Figur 3 zeigt eine Umfangsnut 2 in einem Rotor 1, in der Schaufelfüsse gemäss der Erfindung verankert sind. Es sind n Laufschaufeln 4 in der Nut verankert, deren Rhomben so dimensioniert sind, dass nach Verankerung von n-1 Laufschaufeln ein Spalt verbleibt, der genügend gross für den Einbau der letzten Schaufel ist. Nach Einbau dieser letzten Schaufel, verbleibt ein Restspalt 8. Erfindungsgemäss weisen die rhombischen Schaufelfüsse 5 an der einen Seite, die dem benachbarten Schaufelfuss zugewandt ist, eine Aussparung 9 auf. Nach Einbau aller Schaufelfüsse wird in jede der Aussparungen 9 gemäss Figur 4 erfindungsgemässe Zwischenstücke 10 eingefügt. Der Restspalt 8 wird dadurch aufgefüllt, indem er auf die n Zwischenstücke 10 verteilt wird. In Umfangsrichtung gemessen, ergeben die Summe der Dicken D' aller Zwischenstücke 10 und die Summe aller Längen B' der Schaufelfüsse 5, gemessen von ihren Rückseiten 11 bis zur hohlen Fläche oder Innenseite 12 der Aussparung 9, den gesamten Umfang der Nut 2. Dadurch sind die Schaufelfüsse 5 in der Nut fixiert.

[0018] Figur 5a-e zeigt mehrere mögliche Ausführungen der erfindungsgemässen Aussparungen 9 in der Ansicht 5-5 der Schaufel in Figur 4. Figur 5a zeigt die einfachste Form, eine kreisrunde oder ovale Aussparung, in die ein Pillenförmiges Zwischenstück formschlüssig hineinpasst. Weitere Formen sind beispielsweise abgerundete Quadrate wie in Figur 5b. Auch längliche Aussparungen und Zwischenstücke wie in Figur 5c und d sind möglich, wobei diese horizontal oder vertikal bezüglich des Schaufelfusses angeordnet sein können. Figur 5e zeigt eine besondere Ausführungsform in einer Art T-Form. Wie bereits erwähnt wird die Form und Gesamtfläche des Querschnitts der Zwischenstücke 10 einerseits in Bezug auf eine grösstmögliche Kontaktfläche mit der Rückseite des benachbarten Schaufelfusses und anderseits in Bezug auf eine kleinstmögliche Fliehkraft auf das Zwischenstück optimiert.

[0019] Bei der erfindungsgemässen Befestigung der Laufschaufeln fällt die Montage der eingangs erwähnten provisorischen Zwischenstücke weg. Die Länge B' des Schaufelfusses ist dabei in etwa um die Dicke der provisorischen Zwischenstücke grösser als bei denen des Standes der Technik.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Rotor

2

Umfangsnut

3

Nutzacken

4

Laufschaufel

5

Schaufelfuss

6

Restspalt (Stand der Technik)

7

Definitive Distanziereinlage, Zwischenstück gemäss Stand der Technik

7a

ganzes Zwischenstück gemäss Stand der Technik

7b

halbiertes Zwischenstück gemäss Stand der Technik

8

Restspalt

9

Aussparung

10

Zwischenstück gemäss Erfindung

11

Rückseite des Schaufelfusses

12

Innenseite, hohle Fläche der Aussparung

13

Provisorische Distanziereinlage gemäss Stand der Technik

B'

Distanz Rückseite Schaufelfuss bis Innenfläche Aussparung in Richtung Nutumfang gemessen

D'

Dicke von Zwischenstück in Richtung Nutumfang gemessen

Ansprüche

1. Befestigung von Laufschaufeln (4) einer Strömungsmaschine in einem Rotor (1), wobei die Laufschaufeln (4) einer Schaufelreihe jeweils mittels Schaufelfüssen (5) in einer Umfangsnut (2) mit Nutzacken (3) verankert sind, und für den Einbau der letzten Laufschaufel einer Schaufelreihe ein Spalt vorhanden ist und nach deren Einbau ein Restspalt (6) übrig bleibt, der durch Zwischenstücke aufgefüllt ist, sodass die Laufschaufeln (4) in der Umfangsnut (2) fixiert sind
dadurch gekennzeichnet, dass

die Schaufelfüsse (5) an einer ihrer Seiten, die einem benachbarten Schaufelfuss (5) zugewandt ist, jeweils eine Aussparung (9) aufweisen,

die Zwischenstücke (10) in ihrer Umfangsform der Umfangsform der Aussparungen (9) nachgebildet sind und die Zwischenstücke (10) formschlüssig in die Aussparungen (9) hineinpassen,

und die Zwischenstücke (10) eine Dicke aufweisen, die grösser als die Tiefe der Aussparungen (9) ist.

2. Befestigung von Laufschaufeln (4) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
in Richtung des Nutumfangs gemessen die Summe der Dicken (D') aller Zwischenstücke (10) und die Summe der Distanzen (B') zwischen jeweils der Rückseite (11) eines Schaufelfusses (5) und der Innenseite (12) der Aussparung (9), den Nutumfang ergeben.

3. Befestigung von Laufschaufeln (4) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenstücke (10) und die Aussparungen (9) kreisförmig, rechteckig, oval oder T-förmig ausgebildet sind.

4. Befestigung von Laufschaufeln (4) nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenstücke (10) und die dazugehörigen Aussparungen (9) in den Schaufelfüssen (5) bei allen Laufschaufeln (4) aller Schaufelreihen, die jeweils in einer Umfangsnut (2) verankert sind, in ihrer Umfangsform gleich ausgebildet sind.

Zeichnung