[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung
einer Turbinenschaufel an der Turbinenscheibe.
[0002] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Schaufelfüße von Turbinenschaufeln
zu profilieren, um dabei die radial gerichteten Kräfte während des Betriebs einer
Gasturbine zu übernehmen.
[0003] Um eine axiale Bewegung des Schaufelfußes relativ zu der Turbinenscheibe zu verhindern,
ist eine Sicherung erforderlich. Derartige Sicherungen zeigen beispielsweise die EP
0 610 668 B1, die US 5,135,354 oder die US 5,518,369.
[0004] Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen werden üblicherweise blechartige
Elemente eingelegt, die zusammen mit Anschlägen an den Schaufelfüßen oder den Turbinenscheiben
die axiale Fixierung bewirken. Als nachteilig erweist sich dabei der hohe Montageaufwand
sowie die Gefahr, dass sich diese Arretierungen lösen oder dass diese nicht passgenau
montiert sind, sodass sich zumindest geringfügige axiale Verschiebungen zwischen dem
Schaufelfuß und der Turbinenscheibe ergeben können.
[0005] Im Einzelnen werden beim Stand der Technik Deckplatten, Arretierungsringe oder Arretierungsbleche
oder eine Kombination von diesen verwendet, die bei der Montage verformt, beispielsweise
gebogen werden müssen.
[0006] Als weiterer Nachteil ergibt sich, dass die Gesamtkonstruktion ein höheres Gewicht
aufweist und dass die Herstellung und die Montage mit nicht unerheblichen Kosten verbunden
sind.
[0007] Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit
nicht immer gesichert ist bzw. dass relativ aufwendige Kontrollmaßnahmen erforderlich
sind, um die korrekte Montage zu überprüfen.
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufelarretiervorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau, einfacher kostengünstiger
Herstellbarkeit und einfacher Montage ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit
aufweist.
[0009] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs
gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
[0010] Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in die Turbinenscheibe eine Arretierungsnut
eingebracht ist, welche die Nut zum Einschieben des Schaufelfußes durchgreift und
welche sich in radialer Richtung in der Ebene der Turbinenscheibe erstreckt. In die
Nut ist ein Arretierungsbolzen eingelegt, welcher sich somit im Wesentlichen in Umfangsrichtung
der Turbinenscheibe erstreckt. Der Arretierungsbolzen ist, bedingt durch die Nut,
in radialer Richtung verschiebbar. An dem Schaufelfuß ist an seiner Unterseite eine
Kerbe oder eine Nut eingebracht, in welche zumindest ein Teil des Arretierungsbolzens
(bezüglich seiner Länge bzw. bezüglich seines Durchmessers) einschiebbar ist. Zum
Einschieben des Arretierungsbolzens in die Kerbe des Schaufelfußes nach erfolgter
Montage der Turbinenschaufel dient ein elastisches Element, welches unterhalb des
Arretierungsbolzens angeordnet ist und diesen radial nach außen vorspannt.
[0011] Beim Betrieb der Gasturbine bewirken die Zentrifugalkräfte eine radial nach außen
gerichtete Vorspannung oder Bewegung des Arretierungsbolzens, sodass dieser sicher
in der Kerbe oder Nut der Unterseite des Schaufelfußes positioniert ist. Während des
Betriebs erfolgt somit eine passgenaue Positionierung des Schaufelfußes relativ zu
der Turbinenscheibe. Dabei erfolgt die axiale Positionierung in beiden Axialrichtungen.
Hierdurch unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vom Stand der Technik, da dort
vielfach eine Axialrichtung durch Anschläge, Nasen oder Ähnliches blockiert wird,
während die andere Axialrichtung durch die erwähnten zusätzlichen Arretierungselemente
(Bleche etc.) erfolgt.
[0012] Erfindungsgemäß werden die Kräfte in axialer Richtung vom Schaufelfuß durch den Arretierungsbolzen
auf die Turbinenscheibe eingeleitet. Hierdurch ist eine sichere Kraftübertragung gewährleistet.
[0013] Erfindungsgemäß ergibt sich somit der Vorteil, dass die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit
der Gasturbine ganz erheblich gesteigert werden können. Es erfolgt zudem eine einfache
Montage ohne zusätzliche kritische Bauteile. Weiterhin kann die sichere Montage in
einfacher Weise überprüft werden. Zusätzliche Abdeckbleche oder Rückhalteelemente
werden überflüssig.
[0014] Insgesamt ergibt sich somit eine Reduzierung des Turbinengewichts und damit der Kosten
zur Herstellung der Gasturbine.
[0015] Die Arretierungsnut weist erfindungsgemäß bevorzugter Weise eine rechteckige Form
auf. Weiterhin ist es günstig, wenn der Arretierungsbolzen mit einem zylindrischen
Querschnitt versehen ist, da dieser dann in einen runden Querschnitt der Kerbe des
Schaufelfußes einlegbar ist. Um eine sichere Lastübertragung sicherzustellen, ist
es vorteilhaft, wenn die Endbereiche des Arretierungsbolzens einen im Wesentlichen
rechteckigen Querschnitt aufweisen oder eben gefräst sind.
[0016] Das elastische Element kann erfindungsgemäß in Form einer Feder ausgebildet sein,
die nach dem Einschieben des Schaufelfußes in einer entsprechenden Nut der Turbinenscheibe
unter den Arretierungsbolzen geschoben wird, um diesen nach oben zu drücken.
[0017] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine vereinfachte, isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel mit
Schaufelfuß,
- Fig. 2
- eine vereinfachte, isometrische Teil-Ansicht einer Turbinenscheibe mit Arretierungsnut
und zugeordnetem Arretierungsbolzen, und
- Fig. 3
- eine schematische Schnittansicht im montierten Zustand.
[0018] Die Fig. 1 zeigt eine Turbinenschaufel 1, welche einstückig mit einem Schaufelfuß
3 versehen ist. Dieser ist tannenbaumartig profiliert, so wie dies aus dem Stand der
Technik vorbekannt ist.
[0019] Am unteren Endbereich des Schaufelfußes 3 ist eine sich quer erstreckende Kerbe 9
ausgebildet, welche passend zu einem zylindrischen Querschnitt eines Arretierungsbolzens
5 einen halbrunden Querschnitt aufweisen kann.
[0020] Die Fig. 1 zeigt weiterhin ein elastisches Element 5, welches in Form einer Feder
ausgebildet ist und dazu dient, den Arretierungsbolzen 4 in die Kerbe oder Nut 9 einzubringen.
[0021] Die Fig. 2 zeigt den zugeordneten Bereich einer Turbinenscheibe 6. Diese weist mehrere
profilierte, sich in Axialrichtung erstreckende Nuten 10 auf, welche jeweils von seitlichen
Scheibenfingern 7 gebildet sind. In radialer Richtung und in der Ebene der Turbinenscheibe
6 ist jeweils eine Arretierungsnut 8 ausgebildet, in welche der Arretierungsbolzen
4 einlegbar ist, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Auf die Darstellung des elastischen
Elements 5 wurde in Fig. 2 der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
[0022] Die Fig. 3 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht im montierten Zustand. Dabei
ist ersichtlich, dass der Arretierungsbolzen 4 mit einem Großteil seines Querschnitts
in der Kerbe oder Nut 9 aufgenommen ist. Weiterhin ist dargestellt, dass der Schaufelfuß
3 in üblicherweise mit zumindest einem Kühlkanal 2 versehen sein kann. Die Ausgestaltung
des Kühlkanals 2 wird durch die erfindungsgemäße Arretiervorrichtung nicht beeinträchtigt.
[0023] Weiterhin zeigt die Fig. 3 das zur radialen Vorspannung des Arretierungsbolzens 4
dienende elastische Element 5.
[0024] Zur Montage werden die Arretierungsbolzen 4 in die zugeordneten Arretierungsnuten
8 eingeschoben. Es ist dabei eine Frage der Definition, ob bei jeder Nut 10 jeweils
zwei seitliche Arretierungsnuten 8 vorgesehen sind oder ob eine einzige, der Länge
des Arretierungsbolzens 4 entsprechende Arretierungsnut 8 ausgebildet ist. Die Erfindung
bezieht sich auf beide derartige Ausgestaltungs- und Definitionsvarianten. Nach dem
Einlegen des Arretierungsbolzens 4 befindet sich dieser am Grund der Arretierungsnut
8, sodass der Schaufelfuß 3 in die Nut 10 der Turbinenscheibe 6 einschiebbar ist.
Nachfolgend wird das elastische Element 5 zusammen mit der Schaufel (da es am Schaufelfuß
befestigt ist) eingeschoben, sodass der Arretierungsbolzen in radialer Richtung nach
außen in die Kerbe oder Nut 9 des Schaufelfußes 3 eingedrückt wird.
[0025] Zur Demontage bzw. zum Ausbau der Turbinenschaufel wird eine Vorrichtung eingesetzt,
mittels derer die Arretierungsbolzen 4 radial nach unten aus der Kerbe 9 des Schaufelfußes
3 ausgedrückt werden, sodass dieser in axialer Richtung herausschiebbar ist.
Bezugszeichenliste
[0026]
- 1
- Turbinenschaufel
- 2
- Kühlkanal
- 3
- Schaufelfuß
- 4
- Arretierungsbolzen
- 5
- Elastisches Element
- 6
- Turbinenscheibe
- 7
- Scheibenfinger
- 8
- Arretierungsnut
- 9
- Kerbe
- 10
- Axiale Nut am Scheibenkranz
1. Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel (1),
welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Nut (10) einer Turbinenscheibe
(6) eingeschoben ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Turbinenscheibe (6) mit einer die Nut (10) durchgreifenden, sich radial in der
Ebene der Turbinenscheibe (6) erstreckenden Arretierungsnut (8) versehen ist,
dass in der Arretierungsnut (8) ein Arretierungsbolzen (4) eingelegt ist,
dass der Schaufelfuß (3) an seiner Unterseite mit einer mit der Arretierungsnut (8) fluchtenden
Kerbe (9) versehen ist, und
dass in radialer Richtung unterhalb des Arretierungsbolzens (4) ein diesen radial nach
außen vorspannendes elastisches Element (5) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsnut (8) eine rechteckige Form aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Arretierungsbolzen (4) mit einem zylindrischen Querschnitt versehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche des Arretierungsbolzens (4) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt
aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (5) in Form einer Feder ausgebildet ist.