Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen

Abstract

 Um ein Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen bereitzustellen, mit welchem die erforderlichen Funktionen, nämlich Schaufelscherung, Kühlluftversorgung und Dichtung erfüllbar sind und welches die Durchführung von Wartungs- und Austauscharbeiten an einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen ohne Entstapelung des Läufers ermöglicht, wird zur technischen Lösung dieser Aufgabe mit der Erfindung vorgeschlagen ein Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen, bestehend aus Ringsegmenten (1) mit in den Stirnkantenflächen (6, 7) angeordneten Nuten (10, 11, 12, 13), und aus streifenförmigen Dichtblechen (19, 20, 21, 22), wobei die Ringsegmente (1) unter Belassung von Spalten (18) zwischen benachbarten Segmenten (1) an einer Schaufelscheibe in diese eingesetzte Schaufeln gegen axiales Verschieben sichernd positionierbar und selbst gegen Radialverschiebung sicherbar sind, und die Dichtbleche (19, 20, 21, 22) die Spalte (18) abdichtend in die Nuten benachbarter Ringsegmente (1) einschiebbar und fixierbar sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen.

[0002] Im Bereich von Gasturbinen müssen die Schaufeln des Turbinenbereichs gegen axiales Verschieben in den axialen Schaufelhaltenuten der Schaufelscheiben gesichert werden. Weiterhin müssen die Schaufeln mit Kühlluft versorgt und darüber hinaus axial nach vorne und hinten abgedichtet werden. Der Begriff Schaufelscheiben im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf alle Bauarten von Schaufelanordnungen, also Scheiben, Kränze, Tragringsysteme und dergleichen. Weiterhin ist die Erfindung in Bezug auf Gasturbinen ausgeführt und gekennzeichnet, daß bezieht sich jedoch auf entsprechende energieerzeugende Strömungsmaschinen.

[0003] Im Stand der Technik ist es bekannt, diese drei unterschiedlichen Aufgaben durch drei unabhängige Systeme zu lösen. In den Schaufelscheiben sind radiale Scheibenbohrungen zur Kühlluftversorgung angeordnet. Vordere und/oder hintere Abdeckbleche dienen der Abdichtung und Sicherungsstifte oder Sicherungsbleche sichern die Schaufeln gegen axiales Verschieben. Dieser Aufbau ermöglicht Wartungs- und Austauscharbeiten an einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen, ohne den Läufer entstapeln zu müssen.

[0004] Auch ist es bekannt, alle drei Funktionen durch eine freitragende sogenannte Coverplates zu erfüllen, wobei es sich um einen 360° Vollring handelt. Dieser ist an der Schaufelscheibe die Schaufeln sichernd angeordnet, dichtet ab und ermöglicht durch Profilierung und Bohrungsverlauf Kühlluftzuführungen. Der Nachteil besteht allerdings darin, daß zur Durchführung von Wartungs- und Austauscharbeiten an einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen der Läufer vollständig entstapelt werden muß. Für stationäre Gasturbinen ist diese jedoch wirtschaftlich untragbar.

[0005] Ausgehend vom vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen bereitzustellen, mit welchem die erforderlichen Funktionen, nämlich Schaufelscherung, Kühlluftversorgung und Dichtung erfüllbar sind und welches die Durchführung von Wartungs- und Austauscharbeiten an einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen ohne Entstapelung des Läufers ermöglicht.

[0006] Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen, bestehend aus Ringsegmenten mit in den Stirnkantenflächen angeordneten Nuten, und aus streifenförmigen Dichtblechen, wobei die Ringsegmente unter Belassung von Spalten zwischen benachbarten Segmenten an einer Schaufelscheibe in diese eingesetzte Schaufeln gegen axiales Verschieben sichernd positionierbar und selbst gegen Radialverschiebung sicherbar sind, und die Dichtbleche die Spalte abdichtend in die Nuten benachbarter Ringsegmente einschiebbar und fixierbar sind.

[0007] Die Verwendung von Ringsegmenten, die separat an der Schaufelscheibe angeordnet werden können, bewirkt an den Trennstellen Spalte, die zusätzlich durch Dichtbleche abgedichtet werden. Die Ringsegmente sind zueinander im wesentlichen gleich und haben einen sich vom inneren zum äußeren Umfang in Axialrichtung erstreckenden Querschnitt, d. h., sind in Axialrichtung konturiert. Somit können Kühlluftbohrungen und Führungen ausgebildet werden. In vorteilhafter Weise können die Segmente mit Rippen versehen sein. Um eine einfache Befestigung der Segmente an den Schaufelscheiben zu ermöglichen, weisen die Segmente im Bereich des inneren Umfangs gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung eine hinterschnittene Ringnut auf, welche im wesentlichen parallel zur inneren Umfangskante verläuft. Die Hinterschneidung ermöglicht ein Einsetzen in entsprechende Hakenausbildungen an der Scheibe, beispielsweise einen ringförmigen Hakenvorsprung. Das Einsetzen des Ringsegmentes an die Scheibe erfolgt dann durch radiales nach innen Schieben, axiales Heranschieben des Segmentes an die Scheibe und radiales nach außen Ziehen zum Verhaken. Das Demontieren erfolgt durch radiales nach innen Schieben zum Endhaken, axiales Abziehen bis zur Ausklinkung der Verhakung und dann radiales Herausnehmen der Segmente. Diese Montagemöglichkeit ermöglicht es, die Schaufeln einzeln bzw. gruppenweise frei zugänglich zu machen. Um diese Bewegungen durchführbar zu machen, müssen die Abdichtungen des Spaltes ebenfalls demontierbar sein.

[0008] Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung sind in den Stirnkanten der Ringsegmente Nuten ausgebildet. In diese Nuten benachbarter Ringsegmente werden dann Dichtbleche eingeschoben. In vorteilhafter Weise sind eine Mehrzahl von Nuten ausgebildet, die sich schneiden. Die einzuschiebenden Dichtbleche überkreuzen sich somit. Vorzugsweise sind die Nuten bis zu einer Außenfläche geführt, um das Einschieben und Herausziehen der Dichtbleche im Spaltbereich einfach durchführen zu können.

[0009] Die Dichtbleche entsprechend erfindungsgemäß in ihrer Dimensionierung den Nutlängen einerseits und den Spaltbreiten andererseits. D. h., die Dichtbleche sind so breit, daß sie die Spalte abdecken in die Nuten benachbarter Segmente einschiebbar sind, und so lang, daß sie ohne herauszustehen vollständig montierbar sind. Weiterhin weisen die Dichtbleche gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung Ausklinkungen auf, um beim Einschieben in sich schneidende Nuten eine Überkreuzung der Dichtbleche zu ermöglichen, so daß sich die Dichtbleche gegenseitig sichern.

[0010] Um eine Bewegung der montierten Ringsegmente relativ zur Schaufelscheibe in Radialrichtung vermeiden zu können, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, in eine in die Ringsegmente ausgebildete Durchgangsbohrung einen Sicherungsbolzen einzuschieben, der in eine entsprechenden Bohrung der Schaufelscheibe eingesetzt wird. In vorteilhafter Weise ist die Durchgangsbohrung so angeordnet, daß sie von einem in eine Nut eingeschobenen Abdichtblech wenigstens teilweise abgedeckt wird. Auf diese Weise kann eins der Dichtbleche zur Bolzensicherung verwendet werden. Es genügt dann, bei einer Mehrzahl von Dichtblechen das letzte im Bereich eines Überstandes an der Oberfläche des Ringsegmentes umzubiegen und damit zu sichern. Die übrigen Dichtbleche sichern sich dann gegenseitig und darüber hinaus den Sicherungsbolzen für das Ringsegment. Auf diese Weise kann ohne weitere Montagemittel, Befestigungsmittel und dergleichen eine einfache Befestigung erfolgen, ebenso ein einfaches Lösen, da nur das Blech zurückgebogen bzw. gezogen werden muß, die übrigen Dichtbleche zu ziehen sind, der Sicherungsbolzen zu ziehen ist und dann ein Enthaken und Entnehmen des Ringsegmentes möglich ist. Eine entsprechende Montage ist ebenso einfach möglich.

[0011] Mit der Erfindung wird ein einfaches und wirtschaftlich aufbaubares Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen bereitgestellt, welches einerseits mit sehr wenigen Teilen auskommt, andererseits die Möglichkeiten der Schaufelkühlung, der Schaufelsicherung und der Abdichtung in sich vereinen und dennoch Wartungs- und Austauscharbeiten an einzelnen Schaufeln oder Schaufelgruppen ohne Läuferentstapelung zulassen. Wegen der Verwendung von nur sehr wenigen Teilen ergeben sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber sämtlichen bekannten Lösungen.

[0012] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1

eine perspektivische schematisierte Ansicht eines Ringsegmentes;

Fig. 2

eine schematische Draufsicht auf die Anordnung von zwei Ringsegmenten auf eine Scheibe;

Fig. 3a) bis d)

perspektivische Darstellungen von Abdichtblechen und

Fig. 4

eine schematisierte Ansicht gemäß Fig. 1 mit eingesetzten Abdichtblechen.

[0013] In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0014] Das in Fig. 1 gezeigte Ringsegment 1 hat einen äußeren Umfang 2 und einen inneren Umfang 3. Dazwischen liegt der Ringbereich mit einer axialen Erstreckung 4, d. h. einer ausreichenden Dicke einerseits und einer gewünschten Konturierung für den gewünschten Zweck der Strömungsführung andererseits. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rippen 5 an einer Oberfläche des Ringsegmentes ausgebildet. Weiterhin verfügen die Ringsegmente über Stirnkanten 6 und 7.

[0015] Im Bereich des inneren Umfangs 3 ist eine dem Segmentverlauf folgende Nut 8 ausgebildet, bei welcher es sich um eine hinterschnittene Nut handelt, um auf diese Weise ein Einhaken in einen entsprechenden Hakenring einer nicht gezeigten Scheibe zu ermöglichen.

[0016] In den Stirnkanten 6 und 7 sind Nuten 10, 11, 12 und 13 ausgebildet, die sich an entsprechenden Stellen schneiden und darüber hinaus, soweit sinnvoll, zur Oberfläche geöffnet durchgeführt sind. Diese Öffnungsbereiche sind beispielhaft mit 14, 15, 16 bezeichnet. Es gibt aber auch weitere Öffnungsbereiche im Bereich anderer Nuten oder an anderen Stellen.

[0017] Im Bereich des inneren Umfangs ist weiterhin noch eine Bohrung 9 ausgebildet, welche als Durchgangsbohrung zum Einschieben eines Sicherungsstiftes geeignet ist. Diese Bohrung kreuzt sich mit der Nut 13, die die Bohrung zumindest teilweise überdeckt.

[0018] Gemäß Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wie zwei Ringsegmente 1 an einer Scheibe 17 unter Belassung eines Spaltes 18 positioniert sind.

[0019] Fig. 3a bis 3d zeigen Ausführungsbeispiele für Dichtbleche, die gemeinsam ein System bildend in die Nuten benachbart montierter Ringsegmente einschiebbar sind, und zwar derart, daß sie sich gegenseitig sichern. Zu diesem Zweck weisen die Dichtbleche 19, 20, 21 und 22 Ausklinkungen 23, 24, 25, 26 und gegebenenfalls weitere auf.

[0020] Rein schematisch ist in Fig. 4 die Anordnung der Dichtbleche in den Nuten eines gezeigten Ringsegments 1 dargestellt. Zunächst werden beispielsweise die Bleche 20, 21 angesetzt, dann die Bleche 19 und 22. Das Blech 22 wird im Bereich 27 mit einer Umbiegung versehen und damit am Ringsegment gesichert. Das Blech 21 überdeckt die Bohrung 9 zumindest teilweise und sichert somit den angesetzten, nicht gezeigten Sicherungsbolzen gegen Axialbewegung, bzw. gegen herausfallen. Das Gesamtsystem aus sich gegenseitig sichernden Einzelelementen kann auf einfachste Weise montiert werden.

[0021] Zunächst wird ein Ringsegment radial parallel zu einer Scheibe nach Innen verschoben, dann axial an die Scheibe herangedrückt und dann radial nach außen gezogen, um sich mit der Nut 8 an einem entsprechenden Hakenelement der Scheibe zu verhaken. Es wird dann ein nicht gezeigter Sicherungsstift in die Bohrung 9 eingeschoben, um in einer korrespondierenden Bohrung der nicht gezeigten Scheibe eingesetzt zu werden. Es werden dann gegebenenfalls weitere Sicherungsstifte in vergleichbare Bohrungen des Ringsegmentes eingesetzt und schließlich die übrigen Ringsegmente montiert. Es werden dann in die Spaltbereiche die Dichtbleche einander sichern montiert und schließlich das letzte Dichtblech mit einer Umbiegung gesichert. Zugleich wird durch eins der Dichtbleche der Sicherungsbolzen gesichert. Es ist somit ein vollständiger Ring abdichtend, die Schaufeln im Bereich der Schaufelnuten sichernd und zur Versorgung mit Kühlluft erstellt. Durch einfaches Ziehen der Dichtbleche und des Sicherungsstiftes lassen sich einzelne Ringsegmente wieder demontieren und somit einzelne Schaufelbereiche zugänglich machen.

[0022] Das beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur der Erläuterung und ist nicht beschränkend. Insbesondere können die Form der Dichtbleche, deren Verklinkungen und die Sicherung der Bleche nach den Bedürfnissen geändert werden. So können beispielsweise V-förmige Spalte entstehen und die Sicherungsbleche haben entsprechend trapezuide Flächenkonturen. Die Sicherung kann auch mit Sicherungselementen und dergleichen erfolgen. Auch die Ausklinkungen können bedarfsgerecht ausgebildet sein. Schließlich kann auch die Sicherung der Scheiben variiert werden, wobei der in die Durchgangsbohrung eingesetzte Sicherungsstift ein Ausführungsbeispiel darstellt, welches bedarfsgerecht abänderbar ist.

Ansprüche

1. Abdeckringsystem für Schaufelscheiben von Gasturbinen, bestehend aus Ringsegmenten (1) mit in den Stirnkantenflächen (6, 7) angeordneten Nuten (10, 11, 12, 13), und aus streifenförmigen Dichtblechen (19, 20, 21, 22), wobei die Ringsegmente (1) unter Belassung von Spalten (18) zwischen benachbarten Segmenten (1) an einer Schaufelscheibe in diese eingesetzte Schaufeln gegen axiales Verschieben sichernd positionierbar und selbst gegen Radialverschiebung sicherbar sind, und die Dichtbleche (19, 20, 21, 22) die Spalte (18) abdichtend in die Nuten benachbarter Ringsegmente (1) einschiebbar und fixierbar sind.

2. Abdeckringsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (1) einen sich vom inneren zum äußeren Umfang in Axialrichtung erstreckenden Querschnitt (4) aufweisen.

3. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (1) in den Stirnkantenflächen (6, 7) eine Mehrzahl von Nuten (10, 11, 12, 13)aufweisen.

4. Abdeckringsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (10, 11, 12, 13) sich schneidend und wenigstens teilweise zu einer Ringsegmentaußenfläche geführt ausgebildet sind.

5. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (1) radial verlaufende Rippen (5) aufweisen.

6. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente (1) im Bereich des inneren Umfanges (3) eine radial verlaufende hinterschnittene Nut (8) aufweisen.

7. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente im am inneren Umfang (3) liegenden Bereich Durchgangsbohrungen (9) aufweisen.

8. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbleche (19, 20, 21, 22) in der Länge in Abstimmung auf die zugeordneten Nuten (10, 11, 12, 13) und in der Breite in Abstimmung auf den Spaltverlauf (18) dimensioniert sind.

9. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbleche Ausklinkungen (24, 25, 26) aufweisen.

10. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtbleche (19, 20, 21, 22) derart die Spalte (18) abdichtend in die Nuten (10, 11, 12, 13) benachbarter Ringsegmente (1) einsetzbar sind, daß sich diese durch Überschneidungen im Bereich der Ausklinkungen (24, 25, 26) gegenseitig sichern.

11. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Sicherungsbolzen umfaßt, welche in die Durchgangsbohrungen (9) der Ringsegmente (1) zu deren Sicherung gegen Radialverschiebung einsetzbar sind.

12. Abdeckringsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsbolzen derart in eine Durchgangsbohrung (9) einsetzbar ist, daß dieser durch ein in eine entsprechende Nut (10, 11, 12, 13) eingeschobenes Dichtblech (19, 20, 21, 22) gegen Axialverschiebung sicherbar ist.

13. Abdeckringsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmente mit der am inneren Umfangsbereich ausgebildeten hinterschnittenen Nut in entsprechende Umfangshakenausbildungen einer Schaufelscheibe unter Belassung von radial verlaufenden Spalten eingehängt und mit durch die Durchgangsbohrungen in Bohrungen der Schaufelscheibe eingesetzte Bolzen gegen Radialverschiebung gesichert sind, in die radial verlaufenden Spalte Dichtbleche einander im Bereich von Ausklinkungen überschneidend und einander sichernd eingesetzt sind, wobei wenigstens ein Blech eine Durchgangsbohrung verschließt und den Bolzen gegen Axialverschiebung sichert, und wenigstens ein Blech durch Umbiegen gegen Verschiebung gesichert ist, und damit den gesamten Dichtblechverbund fixiert.

Zeichnung