Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Turbinenscheibe mit einer 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, die US 5,518,369, die US 3,986,779 oder US 4,527,952.

[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

Ansprüche

1. Turbinenscheibe mit einer Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel (1), welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Nut (10) einer Turbinenscheibe (6) eingeschoben ist,
wobei die Turbinenscheibe (6) mit einer die Nut (10) durchgreifenden, sich radial in der Ebene der Turbinenscheibe (6) erstreckenden, eine rechteckige Form aufweisenden Arretierungsnut (8) versehen ist,
wobei in der Arretierungsnut (8) ein Arretierungsbolzen (4) eingelegt ist, der mit einem zylindrischen Querschnitt versehen ist,
der Schaufelfuß (3) an seiner Unterseite mit einer mit der Arretierungsnut (8) im montierten Zustand fluchtenden Kerbe (9) versehen ist, und
in radialer Richtung unterhalb des Arretierungsbolzens (4) ein diesen radial nach außen vorspanhendes elastisches Element (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (5) am Schaufelfuß befestigt ist.

2. Turbinenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche des Arretierungsbolzens (4) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Turbinenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (5) in Form einer Feder ausgebildet ist.

Claims

1. Turbine disk with a turbine-blade locking device for axial retention of a turbine blade (1), inserted in an axial, profiled slot (10) of a turbine disk (6),
with the turbine disk (6) being provided with a rectangularly shaped locking groove (8) passing through the slot (10) and extending radially in the plane of the turbine disk (6),
with a locking pin (4) being inserted in the locking groove (8), which pin is provided with a cylindrical cross-section,
with the blade root (3) being provided at its bottom side with a notch (9) aligning with the locking groove (8) in the assembled state, and
with an elastic element (5) being arranged radially below the locking pin (4) which pre-loads the latter in the radially outward direction,
characterized in that the elastic element (5) is attached to the blade root.

2. Turbine disk in accordance with Claim 1, characterized in that the end areas of the locking pin (4) are given a substantially rectangular cross-section.

3. Turbine disk in accordance with Claim 1 or 2, characterized in that the elastic element (5) is provided in the form of a spring.

Revendications

1. Disque de turbine comprenant un dispositif de blocage d'aube de turbine destiné à bloquer axialement une aube de turbine (1), laquelle est insérée dans une rainure profilée (10) d'un disque de turbine (6), ladite rainure s'étendant dans le sens axial,
sachant que le disque de turbine (6) est muni d'une gorge de blocage (8) s'engageant dans la rainure (10), s'étendant radialement dans le plan du disque de turbine (6) et présentant une forme rectangulaire,
que dans la gorge de blocage (8) est placé un goujon de blocage (4) doté d'une section transversale cylindrique,
que la partie inférieure du pied d'aube (3) est munie d'une entaille (9) affleurant la gorge de blocage (8) à l'état monté, et
que dans le sens radial est disposé un élément élastique (5) sous le goujon de blocage (4) précontraignant celui-ci radialement vers l'extérieur,
caractérisé en ce que l'élément élastique (5) est fixé au pied d'aube.

2. Disque de turbine selon la revendication n° 1, caractérisé en ce que les extrémités du goujon de blocage (4) présentent une section transversale rectangulaire pour l'essentiel.

3. Disque de turbine selon la revendication n° 1 ou n° 2, caractérisé en ce que l'élément élastique (5) est conçu sous forme d'un ressort.

Zeichnung