Vorrichtung zur Schaufelbefestigung an einem Rotor

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft einen Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Stand der Technik

[0002] Thermische Turbomaschinen, wie Turbinen und Verdichter, bestehen im wesentlichen aus einem mit Laufschaufeln bestückten Rotor und einem Stator, in den Leitschaufeln eingehängt sind.

[0003] Die feststehenden Leitschaufeln haben die Aufgabe, den Strom des zu verdichtenden bzw. des zu entspannenden gasförmigen Mediums so auf die rotierende Laufbeschaufelung zu lenken, dass die Energieumwandlung mit bestmöglichem Wirkungsgrad erfolgt.

[0004] Sowohl Laufschaufeln und als auch Leitschaufeln weisen im wesentlichen ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuss auf. Um die Laufschaufeln auf dem Rotor bzw. die Leitschaufeln im Stator befestigen zu können, sind im Stator und auf der Rotorwelle Nuten eingestochen. In diese Nuten werden die Füsse der Schaufeln eingeschoben und dort arretiert.

[0005] Es ist bekannt, dass die meisten Verdichterschaufelreihen von Gasturbinenrotoren in Umfangsnuten angeordnet sind. Bei der Montage solcher Schaufelreihen muss für die letzten zu montierenden Schaufeln eine spezielle Lösung gefunden werden, da dann die verbleibende Einfüllöffnung zu klein geworden ist. Diese Restöffnung wird mit einem sogenannten Rotor-Schluss aufgefüllt wird. Der Rotor-Schluss besteht aus einem halbierten Zwischenstück (zwei Schlusshälften), und einem Keil, mit Hilfe dessen die Schlusshälften im Rotor verstemmt werden. Der Rotor-Schluss stützt sich somit in axialer Richtung am Rotor ab. Die beiden Schlusshälften weisen bei diesem bekannten Stand der Technik jeweils eine gerade ausgebildete Seitenfläche auf, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Deckfläche der Schlusshälfte einen überstehenden Lappen bildet. Die genannten Seitenflächen stehen sich im eingebauten Zustand gegenüber, wobei sich dann zwischen ihnen der Keil befindet. Nachdem die beiden Schlusshälften und der Keil eingebaut sind, werden abschliessend die Lappen der beiden Schlusshälften über den Keil verstemmt.

[0006] Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Keil auf Grund des Kippmomentes der beiden Schlusshälften, welches durch die Fliehkraft während des Betriebes bewirkt wird, in der Lage ist, die verstemmten Lappen aufzubiegen. Der Keil kann somit aus dem Verdichter herausfliegen und es kann zu einem kompletten Verdichterschaden kommen.

[0007] Zwar kann dieser Nachteil durch die als EP 12 15 367 veröffentlichte Erfindung der Anmelderin beseitigt werden, bei welcher der Keil aufgestemmt wird und die Lappen des aufgestemmten Keiles in einem von den Seitenflächen der beiden Schlussstücke gebildeten herzförmigen Hohlraum verankert werden.

[0008] Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht aber darin, dass die Schlussstücke einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles Axialkräfte auf den Rotor ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte den Rotor verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.

Darstellung der Erfindung

[0009] Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rotor-Schluss zu entwickeln, welcher keine Axialkräfte auf den Rotor ausübt, so dass dadurch ein Auftreten von durch Axialkräften hervorgerufenen störenden Rotorvibrationen vermieden wird.

[0010] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass der Rotor-Schluss in axialer Richtung an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt ist. Jede der beiden Schlusshälften des Rotor-Schlusses ist in axialer Richtung des Rotors mit je einem Verbindungselement an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt.

[0011] Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass nunmehr die beiden Schaufeln, und nicht wie beim bekannten Stand der Technik der Rotor, die durch die Fliehkraft und den aufgestemmten Keil verursachten Axialkräfte aufnehmen. Dadurch werden vorteilhaft störende Schwingungen vermieden.

[0012] Das Verbindungselement kann gerade oder formschlüssig ausgebildet sein. Wenn die Schlusshälften und die benachbarten Laufschaufeln eine formschlüssige Baugruppe bilden, so hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass die benachbarten Schaufeln nicht durch die vom Schlussstück auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor hineingedreht werden, so dass sie sich bei ihrer thermischen Dehnung nicht verklemmen.

[0013] Es ist zweckmässig, wenn der Keil an seinem oberen Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen der Schlusshälften im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes von den aufgespreizten Lappen des Keiles bedeckt sind und der Keil dadurch in den Schlusshälften fest verankert ist. Durch das Aufspreizen des Keiles in die Herzform der beiden Schlusshälften wird vermieden, dass sich der Keil während des Betriebes aus seiner Verankerung lösen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0014] In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss nach Einbau in einen Verdichterrotor;

Fig. 2

eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit geradem Verbindungselement nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil);

Fig. 3

eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit formschlüssigem Verbindungselement nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil) und

Fig. 4

eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit Keil mit geradem Verbindungdelement nach Einbau in einen Verdichterrotor.

[0015] In den Figuren sind jeweils gleiche Positionen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wirkungsrichtung der Axialkraft ist mit Pfeilen bezeichnet.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0016] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

[0017] Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss 1 nach dem erfolgten Einbau in einen Rotor 2.

[0018] Der in Fig. 1 dargestellte Rotor-Schluss 1 besteht aus zwei Schlusshälften 4, 4' mit sich gegenüberstehenden Seitenflächen 5, 5' und aus einem Keil 6, welcher an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotorlängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen 10, 10' aufweist. Die Seitenflächen 5, 5' der Schlusshälften 4, 4' weisen im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung auf, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum 11 bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes 11 von den aufgespreizten Lappen 10, 10' des verstemmten Keiles 6 bedeckt sind und den Keil 6 auf diese Weise formschlüssig fest in dem herzförmigen Hohlraum 11 verankern. Bei dieser der Anmelderin bekannten Ausführungsform stützt sich der Rotor-Schluss 1 bzw. die Schlusshälften 4, 4' in axialer Richtung am Rotor ab.

[0019] Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht darin, dass die Schlussstücke 4, 4' einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles 6 Axialkräfte F auf den Rotor 2 ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte F den Rotor 2 verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.

[0020] Es wird daher eine technische Lösung (siehe Fig. 2 bis 4) vorgeschlagen, bei welcher der Rotor-Schluss sich in axialer Richtung nicht mehr am Rotor abstützt, sondern an den beiden benachbarten Schlussschaufeln, und zwar an den Schaufelfüssen.

[0021] In Fig. 2 ist eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses 1 nach dem Einbau mit geraden Verbindungselementen 8, 8', 9, 9' dargestellt. Nicht dargestellt ist der verstemmte Keil, welcher zum Abschluss die Restöffnung der Umfangsnut 3 füllt. Jede der beiden Schlusshälften 4, 4' ist in axialer Richtung des Rotors 2 mit je einem Verbindungselement 8, 8', 9, 9' an den beiden benachbarten Laufschaufeln 7, 7' (auch Schluss-Schaufeln genannt), und zwar an den Schaufelfüssen, befestigt. Diese vier Verbindungselemente 8, 8', 9, 9' nehmen nun anstelle des Rotors 2 die Axialkräfte F auf, welche durch die Fliehkraft und den verstemmten Keil hervorgerufen werden. Auf diese Weise wirken keine axialen Kräfte mehr auf den Rotor und störende Rotorvibrationen werden vermieden.

[0022] Da bei den in Fig. 2 dargestellten geraden Verbindungselementen 8, 8', 9, 9' jedoch das Risiko besteht, dass die benachbarten Schaufeln 7, 7' durch die von den Schlusshälften 4, 4' auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor 2 hineingedreht werden und sich bei ihrer thermischen Dehnung verklemmen, ist es besser, die Verbindungselemente 8, 8', 9, 9' so auszubilden, dass die Schlusshälften 4, 4' und die Schaufeln 7, 7' eine formschlüssige Baugruppe bilden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Formschluss wird hier durch eine schwalbenschwanzartige Verbinduing erreicht

[0023] Dieser formschlüssige Verbund der Schluss-Stücke und der benachbarten Schaufeln wird als Schluss-Paket bezeichnet.

[0024] In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt ein Schluss-Paket, bestehend aus den beiden Schlusshälften 4, 4', den sich zwischen den Schlusshälften befindenden verstemmten Keil 6 und den beiden Schluss-Schaufeln 7, 7'.

[0025] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

[0026] Die erfindungsgemässe Lösung eignet sich für alle Schaufelreihen in Umfangsnut. Sie kommt vorteilhaft immer dann zum Einsatz, wenn der Rotor empfindlich auf Axialkräfte reagiert und dadurch störende Schwingungen entstehen können.

Bezugszeichenliste

[0027] 

1

Rotor-Schluss

2

Rotor

3

Umfangsnut

4, 4'

Schlusshälfte

5, 5'

Seitenfläche der Schlusshälfte

6

Keil

7, 7'

Laufschaufel

8, 8'

Verbindungselement

9, 9'

Verbindungselement

10, 10'

Lappen des Keiles

11

herzförmiger Hohlraum

F

Axialkraft

Ansprüche

1. Rotor-Schluss (1) für Rotoren (2) thermischer Turbomaschinen mit Umfangsnut (3), bestehend aus zwei Schlusshälften (4, 4') mit sich im eingebauten Zustand gegenüberstehenden Seitenflächen (5, 5') und einem dazwischen eingeschobenen Keil (6), welcher im eingebauten Zustand formschlüssig in den Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') verankert ist, wobei der Rotor-Schluss (1) in axialer Richtung des Rotors (2) zwischen zwei Laufschaufeln (7, 7') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schlusshälften (4, 4') in axialer Richtung des Rotors mit je einem Verbindungselement (8, 8', 9, 9') an den beiden benachbarten Laufschaufeln (7, 7') befestigt ist.

2. Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8, 8', 9', 9') gerade ist.

3. Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8, 8', 9, 9') formschlüssig ist.

4. Rotor-Schluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (6) an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotorlängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen (10, 10') aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum (11) bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes (11) von den aufgespreizten Lappen (10, 10') des Keiles (6) bedeckt sind und der Keil (6) dadurch in den Schlusshälften (4, 4') fest verankert ist.

Claims

1. Rotor end piece (1) for rotors (2) of thermal turbomachines with a circumferential slot (3), consisting of two end piece halves (4, 4') having side faces (5, 5') opposite one another in the installed state and of a wedge (6) which is pushed in between them and which, in the installed state, is anchored in the side faces (5, 5') of the end piece halves (4, 4') in a form-fitting manner, the rotor end piece (1) being arranged in the axial direction of the rotor (2) between two moving blades (7, 7'), characterized in that each of the end piece halves (4, 4') is fastened in the axial direction of the rotor to the two adjacent moving blades (7, 7') by means of one connection element (8, 8', 9, 9') each.

2. Rotor end piece (1) according to Claim 1, characterized in that the connection element (8, 8', 9, 9') is straight.

3. Rotor end piece (1) according to Claim 1, characterized in that the connection element (8, 8', 9, 9') is a form fit.

4. Rotor end piece (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the wedge (6), at its top end remote from the rotor longitudinal axis in the installed state, has two lugs (10, 10') which are separated from one another by a longitudinal slot and which are spread out in the installed state, and in that the side faces (5, 5') of the end piece halves (4, 4') each have a recess in the top region, these recesses forming a roughly heart-shaped cavity (11) in the installed state, the walls of this cavity (11) being covered by the spread-out lugs (10, 10') of the wedge (6), and the wedge (6) being firmly anchored in the end piece halves (4, 4') as a result.

Revendications

1. Fermeture de rotor (1) pour des rotors (2) de turbomachines thermiques avec rainure périphérique (3), comprenant deux moitiés de fermeture (4, 4') avec des faces latérales (5, 5') se faisant face dans l'état monté et une clavette (6) intercalée, qui est ancrée dans l'état monté par complémentarité de formes dans les faces latérales (5, 5') des moitiés de fermeture (4, 4'), la fermeture de rotor (1) étant disposée dans la direction axiale du rotor (2) entre deux ailettes mobiles (7, 7'), caractérisée en ce que chacune des moitiés de fermeture (4, 4') est fixée dans la direction axiale du rotor avec à chaque fois un élément de liaison (8, 8', 9, 9') sur les deux ailettes mobiles (7, 7') voisines.

2. Fermeture de rotor (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de liaison (8, 8', 9, 9') est droit.

3. Fermeture de rotor (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de liaison (8, 8', 9, 9') est complémentaire au niveau de la forme.

4. Fermeture de rotor (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la clavette (6) présente sur son extrémité supérieure, opposée à l'axe longitudinal du rotor dans l'état monté, deux pattes (10, 10') séparées l'une de l'autre par une fente longitudinale, qui sont écartées dans l'état monté, et en ce que les faces latérales (5, 5') des moitiés de fermeture (4, 4') présentent chacune dans la zone supérieure un évidement qui forme dans l'état monté une cavité (11) approximativement en forme de coeur, les parois de cette cavité (11) étant couvertes par les pattes (10, 10') écartées de la clavette (6) et la clavette (6) étant ainsi ancrée fixement dans les moitiés de fermeture (4, 4').

Zeichnung