Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Fixiervorrichtung für eine Beschaufelung einer
Strömungsmaschine, bei der längs einer Befestigungsnut eine Anzahl von Schaufeln eingebracht
und zwischen wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut benachbart eingebrachter
Schaufeln ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist, mit zwei als Schlusshälften ausgebildeten
Einsatzelementen, die in den Montagezwischenspalt einsetzbar sind und jeweils eine
an die Breite des Montagezwischenspaltes angepaßte Breite aufweisen sowie zwischen
sich einen Spaltraum einschließen, in den ein Keilelement einsetzbar ist, das derart
verkeilbar ist, dass beide Schlusshälften kraftschlüssig durch das Keilelement innerhalb
der Befestigungsnut fixiert sind.
Stand der Technik
[0002] Beschaufelungen der vorstehenden Art betreffen Leit- aber insbesondere Laufschaufeln
innerhalb von Strömungsmaschine, wie beispielsweise die Verdichteroder Turbinenstufe
einer Gasturbinenanlage. Die nachstehenden Ausführungen beziehen sich vorzugsweise
auf Laufschaufeln, die längs einer Befestigungsnut, die innerhalb des Rotors einer
Turbomaschine vorgesehen ist und diesen entlang seines Umfanges umläuft, befestigt
sind und in Abhängigkeit der jeweiligen Strömungsverhältnisse in geeigneter Weise
zu positionieren und gegenüber möglicherweise auftretenden Dejustierungen während
des Betriebes der Turbomaschinen aber insbesondere gegen vollständiges Herauslösen
aus der Befestigungsnut zuverlässig zu sichern sind. Die in Bezug auf die Laufschaufeln
zu treffenden Maßnahmen, wie sie im folgenden beschrieben werden, können ebenso auch
auf die in den feststehenden Gehäusebauteilen von Strömungsmaschinen integrierten
Leitschaufeln Anwendung finden.
[0003] Die Gefahr des vollständigen Herauslösens einzelner Laufschaufeln aus den jeweiligen
Befestigungsvorkehrungen ist gegeben, wenn sich die innerhalb der Befestigungsnuten
eingesetzten und in an sich bekannter Weise befestigten Laufschaufeln innerhalb des
jeweiligen Montagespiels in Umfangsrichtung längs der Befestigungsnut auf dem Rotor
ungleichmäßig verschieben können. Durch derartige periphere Dejustierungen bei einer
Vielzahl längs der Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln kann sich ein zwischen
zwei benachbarten Laufschaufeln beachtlicher Spalt einstellen, der groß genug ist,
dass sich eine Laufschaufel durch radiale Verdrehung aus der Befestigungsnut lösen
kann, wodurch sich ein erheblicher Schaden an der gesamten Turbomaschinenanlage ergibt.
[0004] An sich bekannte Sicherungsmaßnahmen gegen ein sich selbständiges Lösen einzelner
Laufschaufeln aus der Befestigungsnut beziehen sich im allgemeinen auf die Reduzierung
des Spiels zwischen zwei benachbarten Schaufelfüßen innerhalb der Befestigungsnut
in Umfangsrichtung. Nach der Montage aller in die Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln
sowie ganzen und halbierten Zwischenstücke ergibt sich bspw. zwischen zwei benachbart
sich innerhalb der Befestigungsnut gegenüberstehenden Laufschaufeln eine Lücke, der
sogenannte Montagezwischenspalt, in die zum Schließen der Lücke ein sogenannter Rotor-Schluss
eingesetzt wird, der dafür sorgt, dass das zwischen den, in die Befestigungsnut eingesetzten
Laufschaufeln sowie Zwischenstücken vorhandene Spiel auf einen Minimum begrenzt wird.
[0005] Ein an sich bekannter Rotor-Schluss wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren
2a - 2c beschrieben. Figur 2a zeigt einen Querschnitt durch eine Befestigungsnut 1,
die innerhalb eines Rotors 2 eingearbeitet ist. Zur gegenseitigen Befestigung zweier
innerhalb der Befestigungsnut 1 unmittelbar benachbart angeordneter Laufschaufeln
31, 32, siehe hierzu eine Draufsicht-Abbildung gemäß Figur 2c, ist der sog. Rotor-Schluss
4 radial zwischen den beiden Schaufeln 31, 32 in der Befestigungsnut 1 eingefügt.
Der Rotor-Schluss 4 besteht, wie aus Figur 2b im Einzelnen hervorgeht, aus zwei sog.
Schlusshälften 41, 42 sowie einem Keilelement 43. Die jeweils der Befestigungsnut
1 zugewandten Seiten der Schlusshälften 41, 42 sind für einen kraft- und formschlüssigen
Eingriff mit der Innenkontur der Befestigungsnut 1 entsprechend ausgebildet. Im eingefügten
Zustand innerhalb der Befestigungsnut 1 schließen beide Schlusshälften 41, 42 einen
Zwischenspalt 5 ein, in den das Keilelement 43 radialwärts einsetzbar ist. Im oberen
Bereich weisen die Schlusshälften 41, 42 eine entsprechende Ausnehmung 6 auf (siehe
Fig. 2b), die jeweils einer halben Herzform ähnelt, in die Haltelappen 44 des Keilelementes
43 gemäß Darstellung in Figur 2a dauerhaft gespreizt werden, um beide Schlusshälften
41, 42 gegen die Innenkontur der Befestigungsnut 1 dauerhaft zu pressen.
[0006] Jedoch entstehen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten
zwischen den Schaufeln, dem Rotor-Schluss sowie dem Rotor während des Betriebes ein
Spiel zwischen den Schaufeln und den innerhalb der Befestigungsnut befindlichen Zwischenstücken
einschließlich des Rotor-Schlusses. Aufgrund des sich dabei einstellenden Umfangsspieles
kann es vorkommen, dass sich die Schlusshälften derart in Umfangsrichtung längs der
Befestigungsnut gegeneinander verschieben, dass sich das gespreizte Keilelement aus
den herzförmig ausgeformten Ausnehmungen lösen kann. Ein derartiger Fall führt wiederum
zu dem eingangs bereits beschriebenen Schadensszenario.
Darstellung der Erfindung
[0007] Es besteht daher die Aufgabe, eine gattungsgemäße Fixiervorrichtung, wie sie bspw.
aus den Figuren 2a - 2c hervorgeht, derart weiterzubilden, dass das vorstehend beschriebene
Schadensszenario ausgeschlossen werden kann. Die betreffenden Maßnahmen sollen konstruktiv
möglichst einfach und in der Realisierung kostengünstig sein.
[0008] Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche
und insbesondere der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren zu entnehmen.
[0009] Erfindungsgemäß ist eine Fixiervorrichtung gemäß des Oberbegriffes des Anspruches
1, siehe bspw. eine gattungsgemäße Fixiervorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren
2a - 2c, derart ausgebildet, dass das Keilelement zumindest ein Verbindungselement
zur Seite einer Schaufel und zumindest eine der beiden an das Keilelement angrenzenden
Schaufeln eine zu dem Verbindungselement korrespondierende Gegenkontur vorsieht, so
dass das Keilelement und die Schaufel eine innige Formschlussverbindung miteinander
eingehen.
[0010] Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist die Schaffung einer innigen Formschlussverbindung
zwischen dem Keilelement und wenigstens einer unmittelbar angrenzenden Laufschaufel,
so dass keine Relativverschiebungen zwischen der Laufschaufel und dem Keilelement
und damit verbunden dem gesamten Rotor-Schluss auftreten können, wodurch das eingangs
beschriebene Gefahrenpotential bezüglich des Herauslösens des Keilelementes entscheidend
eingeschränkt werden kann.
[0011] In besonders vorteilhafter Weise ist das Keilelement mit beiden unmittelbar benachbarten
Schaufeln über jeweilige formschlüssige Verbindungselemente verbunden. Eine derartig
erfindungsgemäße Ausbildung einer Fixiervorrichtung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0012] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch
beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1a
- Draufsicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor-Schlusses in Verbindung mit zwei
benachbarten Schaufeln,
- Fig. 1b
- Einzelkomponentendarstellung in Draufsicht der gemäß in Figur 1a dargestellten Komponenten,
- Fig. 1c
- Seitenansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor-Schlusses,
- Fig. 2a - c
- Darstellungen eines an sich bekannten Rotor-Schlusses (Stand der Technik).
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
[0013] Figur 1a zeigt eine Draufsicht auf einen Verbund bestehend aus zwei innerhalb einer
Befestigungsnut (nicht dargestellt) eingefügter Laufschaufeln 31, 32 und einem zwischen
den Laufschaufeln 31, 32 befindlichen Rotor-Schluss 4. Der Rotor-Schluss 4 weist ein
Keilelement 43 auf, das an seinen den Laufschaufeln 31, 32 zugewandten Seiten jeweils
ein als Schwalbenschwanz ausgebildetes Verbindungselement 45 aufweist, das in jeweils
in eine, innerhalb der Laufschaufeln 31, 32 eingearbeitete Gegenkontur 46 form- und
kraftschlüssig eingreift.
[0014] Durch die erfindungsgemäß zwischen dem Rotor-Schluss 4 und beiden Laufschaufeln 31,
32 eingefügte mechanische Verbindung können Relativbewegungen bedingt durch unterschiedliche
thermische Ausdehnungserscheinungen ausgeschlossen werden, so dass sich kein unzulässiger
Zwischenspalt längs der Befestigungsnut ausbilden kann, durch den sich die Gefahr
eines Herauslösens von innerhalb der Befestigungsnut befindlichen Teilen ergeben würde.
[0015] In der Einzelkomponentendarstellung gemäß Figur 1b sind die Gegenkonturen 46 innerhalb
der Laufschaufeln 31, 32 klar ersichtlich. Zur Montage des erfindungsgemäß ausgebildeten
Rotor-Schlusses 4, werden zunächst die Schlusshälften 41, 42 in den Zwischenspalt
zwischen den Laufschaufeln 31, 32 radialwärts in die Befestigungsnut eingefügt. Anschließend
wird das erfindungsgemäß ausgebildete Keilelement 43 ebenfalls radialwärts sowohl
in den Zwischenspalt zwischen beiden Schlusshälften 41, 42 als auch innerhalb der
sich gegenüberliegenden Gegenkonturen 46 der Laufschaufeln 31, 32 radial eingeführt.
Hierdurch werden die beiden benachbart liegenden Laufschaufeln 31, 32 durch das Keilelement
43 mechanisch miteinander verbunden. Ist das Keilelement 43 vollständig zwischen den
Schlusshälften 41, 42 versenkt, so werden die Haltelappen 44 des Keilelementes 43
in die herzförmig ausgebildeten Ausnehmungen 6 mit Hilfe eines geeigneten Werkzeuges
verpresst.
[0016] Neben der Ausbildung des Verbindungselementes 45 als Schwalbenschwanz sind grundsätzlich
auch alternative Verbindungsprofile denkbar, wie beispielsweise Hammerprofile aller
Art sowie auch Tannenbaumprofile. Vorzugsweise ist die Gegenkontur 46 innerhalb des
Schaufelfußes der einzelnen Laufschaufeln 31, 32 eingebracht. Nicht notwendigerweise
erstreckt sich die Gegenkontur 46 über die gesamte Tiefe des Schaufelfußes.
[0017] In Figur 1c ist eine Seitenansicht auf den erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor-Schluss
4 dargestellt. Im Unterschied zur Darstellung gemäß Figur 2b weist das Keilelement
43 das erfindungsgemäß als Schwalbenschwanz ausgebildete Verbindungselement 45 auf,
das sich gemäß der Ausführungsform in Figur 1c über die gesamte Länge des Schaufelfusses
erstreckt. Ebenso wie im Fall der Figur 2b weist das Keilelement 43 zwei Haltelappen
44 auf, die in die entsprechende Ausnehmung 6 innerhalb der Laufschaufeln 41, 42 eingreifen.
[0018] Ebenso ist es denkbar, dass weitere Verbindungselemente zwischen den einzelnen Schlusshälften
41, 42 und den diesen unmittelbar angrenzenden Laufschaufeln 31, 32 vorgesehen sind.
Auf diese Weise kann eine weiter verbesserte mechanisch innige Verbindung zwischen
den erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor-Schluss und den benachbarten Laufschaufeln
erreicht werden.
Erfindungsgemässe Verbindungselemente können auch an anderer Stelle in der selben
Schaufelreihe eingebaut werden.
Bezugszeichenliste
[0019]
- 1
- Befestigungsnut
- 2
- Rotor
- 31,32
- Schaufeln
- 4
- Rotor-Schluss
- 41, 42
- Schlusshälften
- 43
- Keilelement
- 44
- Haltelappen
- 45
- Verbindungselement
- 46
- Gegenkontur
- 5
- Zwischenspalt
- 6
- Ausnehmungen
1. Fixiervorrichtung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine, bei der längs einer
Befestigungsnut (1) eine Anzahl von Schaufeln (31, 32) eingebracht ist und zwischen
wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut (1) benachbart eingebrachter Schaufeln
(31, 32) ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist, mit zwei als Schlusshälften (41,
42) ausgebildeten Einsatzelementen, die in den Montagezwischenspalt einsetzbar sind
und jeweils eine an die Breite des Montagezwischenspaltes angepaßte Breite aufweisen
sowie zwischen sich einen Spaltraum (5) einschließen, in den ein Keilelement (43)
einsetzbar ist, das derart verkeilbar ist, dass beide Schlusshälften (41, 42) formschlüssig
durch das Keilelement (43) innerhalb der Befestigungsnut (1) fixiert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement (43) zumindest ein Verbindungselement (45) zur Seite einer Schaufel
(31, 32) und zumindest eine der beiden an das Keilelement (43) angrenzenden Schaufeln
(31, 32) eine zu dem Verbindungselement (45) korrespondierende Gegenkontur (46) vorsieht,
sodass das Keilelement (43) und die Schaufel (31, 32) eine Formschlußverbindung miteinander
eingehen.
2. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (45) und die korrespondierende Gegenkontur (46) als Schwalbenschwanzverbindung
ausgebildet sind.
3. Fixiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement (43) beidseitig zu beiden angrenzenden Schaufeln (31, 32) Verbindungselemente
(45) zur Herstellung jeweils einer Formschlußverbindung vorsieht.
4. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keilelement (43) radial zwischen beide Schaufeln (31, 32) und beide Schlusshälften
(41, 42) einschiebbar ist und Haltelappen (44) vorsieht, die in entsprechend in den
Schlusshälften (41, 42) vorgesehene Ausnehmungen (6) dauerhaft spreizbar sind.
5. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Verbindungselement (45) sowie die korrespondierende Gegenkontur
(46) als Hammerprofil oder in Tannenbaumform ausgebildet ist.
6. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (31, 32) Laufschaufeln innerhalb einer Rotoranordnung oder Leitschaufeln
innerhalb einer Statoranordnung sind.
7. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine eine Verdichtereinheit oder eine Turbinenstufe innerhalb einer
Gasturbinenanlage ist.
8. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (31, 32) in einer Schaufelreihe angeordnet sind und wenigstens eine
Formschlußverbindung in der Schaufelreihe zwischen dem Keilelement (43) und einer
Schaufel (31, 32) vorgesehen ist.
9. Fixiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (31, 32) einer Schaufelreihe in einer Befestigungsnut (1) befestigt
sind.