[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Axialsicherung von Laufschaufeln in einem
Rotor, mit einem Wellenbund, an dessen Außenumfang in Axialrichtung des Rotors verlaufende
Laufschaufelhaltenuten vorgesehen sind, in denen jeweils Laufschaufeln mit zur Laufschaufelhaltenut
korrespondierenden Schaufelfüßen angeordnet sind, mit einem an einer stirnseitigen
Seitenfläche des Wellenbundes, im Bereich der Haltenuten angeordneten Vorsprung, in
dem eine radial nach außen offene umlaufende Nut vorgesehen ist und mit in jeder Laufschaufel
angeordneten radial nach innen offenen Sicherungsnuten, welche jeweils der umlaufenden
Nut radial gegenüberliegen, wobei zur Axialsicherung der Laufschaufeln jeweils in
die umlaufende Nut und in die Sicherungsnut eingreifende blechförmige Dichtelemente
vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung einen stirnseitigen Dichtring bilden, wobei
zur Sicherung der Dichtelemente gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung mindestens
eines der Dichtelemente ein Mittel aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Gasturbine
mit einer solchen Anordnung.
[0002] Es sind Rotoren von Gasturbinen bekannt, bei denen am Außenumfang in Laufschaufelhaltenuten
angeordnete Turbinenlaufschaufeln mittels Dichtblechen gegen eine Axialverschiebung
gesichert sind. FIG 1 zeigt eine solche Anordnung in einer Draufsicht und FIG 2 in
einem Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in FIG 1. Für jede gegen eine axiale
Verschiebung innerhalb ihrer Laufschaufelhaltenut 12 zu sichernde Laufschaufel 14
sind als Dichtelemente zwei sich geringfügig überlappende Dichtbleche 16 vorgesehen,
welche jeweils die stirnseitige Öffnung der Laufschaufelhaltenut 12 hälftig überdecken.
Jedes Dichtblech 16 ist an seinem radial inneren Ende 18 in einer an einer Rotorscheibe
19 stirnseitig vorgesehenen umlaufenden Nut 20 eingesteckt und am seinem radial äußeren
Ende 22 in einer Sicherungsnut 24, die an der Unterseite 26 einer Plattform 28 der
Laufschaufel 14 vorgesehen ist. Um jedes Dichtblech 16 gegen ein Verschieben in Umfangsrichtung
U zu sichern, ist an jedem ein geradliniger Blechstreifen 30 befestigt, welche sich
im Wesentlichen in Radialrichtung des Rotors 23 erstrecken. Jeder Blechstreifen 30
endet an seinem radial äußeren Ende 32 in einer gleichmäßig zusammenlaufenden Spitze
34. An den Plattformen 28 der Laufschaufeln 14 sind gefaste Kanten 36 vorhanden, wobei
jeweils zwei gegenüberliegende Kanten 36 von unmittelbar benachbarten Turbinenlaufschaufeln
14 eine spitz zulaufende Aussparung 38 bilden, in die die Spitze 34 des Blechstreifens
30 zur Sicherung der Dichtblech 16 gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung U hineinragen
und anliegen kann.
[0003] Die Dichtbleche 16 sorgen außerdem für eine Trennung von zwei Bereichen 37, 39, in
denen einerseits Kühlluft und andererseits unter Umständen ein Teil des Heißgases
eintreten kann.
[0004] Zur Befestigung der Blechstreifen 30 am Dichtblech 16 sind im letztgenannten zwei
parallele Schlitze 40 vorgesehen, durch die der bereits U-förmig vorgebogene Blechstreifen
30 eingesetzt wird. Das der Spitze 34 gegenüberliegende Ende 41 des Blechstreifens
30 wird bereits vor der Montage des Dichtblechs 16 an der Rotorscheibe 19 in die in
FIG 2 dargestellte Position zur Befestigung des Blechstreifens 30 gebogen.
[0005] Nach der Montage der Laufschaufeln 14 in die Rotorscheiben 19 werden nacheinander
die Dichtbleche 16 mit den vormontierten Blechstreifen 30 in die endlos umlaufende,
an der Rotorscheibe 19 angeordnete umlaufende Nut 20 und in die an der Unterseite
26 der Plattform 28 angeordnete Sicherungsnut 24 eingefädelt. Die Dichtbleche 16 werden
so entlang des Umfangs der umlaufenden Nut 20 positioniert, dass jeder Blechstreifen
30 einer Aussparung 38 gegenüberliegt. Anschließend werden die Spitzen 34 der Blechsteifen
30 in die Aussparungen 38 eingebogen, um eine Verschiebung der Dichtbleche 16 in Umfangsrichtung
U auszuschließen.
[0006] Da die Blechstreifen aufgrund der enorm hohen mechanischen Anforderungen nur einmal
verbogen werden dürfen, ist im Service-Fall beim Austausch einer Laufschaufel der
dann aufgebogene Blechstreifen durch einen neuen Blechstreifen auszutauschen. Außerdem
schwächen die zur Aufnahme der Blechstreifen in den Dichtblechen vorgesehenen Schlitze
die Dichtbleche.
[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Anordnung zur Sicherung
der Dichtelemente gegen eine in Umfangsrichtung drohende Verschiebung anzugeben, bei
der die Montage- und Demontage-Zeiten verbessert sind. Weitere Aufgabe der Erfindung
ist die Bereitstellung einer Gasturbine mit einer solchen Anordnung.
[0008] Die auf die Anordnung zur Axialsicherung von Laufschaufeln in einem Rotor gerichtete
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
[0009] Die Erfindung sieht vor, dass bei der gattungsgemäßen Anordnung das Mittel zur Sicherung
der Dichtelemente gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung eine im Dichtelement
vorgesehene Öffnung sowie eine in der Seitenfläche des Wellenbundes vorgesehene, mit
der Öffnung annähernd fluchtende Ausnehmung und ein in der Ausnehmung und in der Öffnung
sitzendes lagegesichertes Blockierelement umfasst. Die Erfindung wendet sich von der
bisherigen Ausgestaltung ab, bei der ein mit dem Dichtelement verhakter Blechstreifen
formschlüssig in eine Aussparung eingreift. Anstelle des Blechstreifens ist nun ein
Blockierelement vorgesehen, das in die stirnseitig am Wellenbund vorgesehene Ausnehmung
eingesetzt werden kann. Das Blockierelement blockiert eine Verschiebung des Dichtelements
in Umfangsrichtung, da es, im Bereich des Dichtelementes angeordnet, sich quer zur
umlaufenden Nut erstreckt, in welcher das Dichtelement sitzt und dabei in die am Dichtelement
vorgesehene Öffnung eingreift. Ein geringfügiges und tolerierbares Spiel des Dichtelements
entlang der umlaufenden Nut ist nur insofern möglich, wie die in Umfangrichtung gesehene
Breite der Öffnung größer ist als die in Umfangrichtung zu betrachtende Breite des
Blockierelements.
[0010] Durch die Verwendung eines Blockierelements, das in die Öffnung des Dichtelements
eingreift und stirnseitig am Wellenbund durch plastisches Verformen befestigt ist,
kann eine besonders zuverlässige und einfache axiale Sicherung des Dichtelements gegen
eine Verschiebung in Umfangsrichtung erzielt werden. Außerdem ist die Montage schnell
und einfach zu bewerkstelligen. Hierzu ist das Blockierelement mit einem geeignetem
Stemmwerkzeug, beispielsweise Werkzeug nach Art von Hammer und Meißel, stirnseitig
plastisch zu deformieren, so dass es in der Ausnehmung unter Spannung anliegt. Dadurch
wird ein äußerst zuverlässiger Reibschluss zwischen der Wand der Ausnehmung und dem
Blockierelement herbeigeführt, der das ungewollte Lösen des Blockierelements beim
Betrieb der Gasturbine zuverlässig verhindert. Zur Demontage des Blockierelements
kann der deformierte Bereich des Blockierelements durch Schleifen entfernt und so
der Reibschluss zur Entnahme gelockert werden.
[0011] Ferner entfallen mit der erfindungsgemäßen Ausführung die das Dichtelement bisher
schwächenden Schlitze, welche zur Befestigung des Sicherungsbleches am Dichtelement
vorgesehen waren. Die Steifigkeit des Dichtelements wird folglich weiter erhöht, ebenso
dessen Dichtwirkung.
[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Blockierelement - bezogen
auf seine Einbaulage - im Bereich der Ausnehmung im Querschnitt keilförmig ausgebildet
und umfasst zudem einen stirnseitig herausragenden Bolzen, welcher in die Öffnung
des Dichtelements einsetzbar ist. Durch die Keilform des Blockierelements und der
zur Keilform korrespondieren Ausnehmung ist eine definierte Lage des Blockierelements
im Rotor vorgegeben. Außerdem ist die Orientierung der Keilform der Ausnehmung so
gewählt, dass die zueinander laufenden Seitenwände nach außen zeigen, ebenso wie die
dazu korrespondierenden Flanken des Blockierelements. Dadurch wird das keilförmige
Blockierelement unter Fliehkrafteinwirkung nach außen streben und sich dabei in der
Ausnehmung weiter verkeilen bzw. verklemmen, was den Reibschluss zwischen den Flanken
und den Seitenwänden weiter erhöht und ein ungewolltes Lösen des Blockierelements
weiter erschwert. Folglich kann hierdurch eine besonders sichere Anordnung angegeben
werden.
[0014] Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die das Blockierelement
aufnehmende Ausnehmung radial nach außen gesehen offen. In diesen Fall kann das darin
eingesetzte Blockierelement- bezogen auf den Rotor - umfangsseitig plastisch deformiert
werden, anstelle der stirnseitigen Deformierung. Sofern dann noch in den Seitenwänden
der Ausnehmung zusätzlich umfangseitig angeordnete Taschen vorgesehen sind, in die
Teile des deformierten Materials des Blockierelements ausweichen kann, kann neben
dem Verklemmen des Blockierelements auch noch zusätzlich ein Formschluss zur Lagesicherung
des Blockierelements bereitgestellt werden. Hierdurch ist besonders zuverlässig das
Blockierelement gegen Verlust gesichert.
[0015] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die in der Seitenfläche des
Wellenringes sich in Axialrichtung des Rotors erstreckende Ausnehmung derartig angeordnet,
dass sie sich bis in die umlaufende Nut erstreckt. Eine Schwächung des Wellenbundes
oder einer Rotorscheibe, welche vorzugsweise den Wellenbund bildet, wird dabei vermieden.
Demnach ist die am Dichtelement vorgesehene Öffnung dann am radial inneren Ende des
Dichtelements vorgesehen. Dieser Bereich des Dichtelements erwärmt sich beim Betrieb
am geringsten, so dass die Steifigkeit und die Temperaturfestigkeit des Dichtelements
durch die Öffnung nicht beeinträchtigt werden.
[0016] Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn jedes zweite oder jedes
Dichtelement das Mittel zur Sicherung der Dichtelemente gegen eine Verschiebung aufweist.
Zweckmäßigerweise ist die Anordnung an einem Rotor einer stationären, in Axialrichtung
durchströmenden Gasturbine vorgesehen.
[0017] Die Erfindung wird anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert. Aus der Erläuterung ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale. Es zeigen:
- FIG 1
- die Anordnung zur axialen Sicherung von Laufschaufeln in einem Rotor gemäß dem Stand
der Technik,
- FIG 2
- die Querschnittsansicht gemäß FIG 1 entlang der Schnittlinie II-II,
- FIG 3
- den Ausschnitt auf eine Draufsicht auf eine Rotorscheibe mit einer daran angeordneten
Laufschaufel als Anordnung zur Axialsicherung der Laufschaufel mittels eines Dichtelements,
- FIG 4
- eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Blockierelements und
- FIG 5
- eine perspektivische Ansicht eines in die Ausnehmung des Rotors eingesetzten Blockierelements
gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
[0018] FIG 3 zeigt einen Ausschnitt von der stirnseitigen Draufsicht auf den von einer Rotorscheibe
19 gebildeten Wellenbund 21 eines Rotors 23 einer Gasturbine. Der um die Drehachse
50 drehbare Rotor 23 weist an seinem Außenumfang 52 entlang des Umfangs U verteilte,
sich in Axialrichtung erstreckende Laufschaufelhaltenuten 12 auf, in die jeweils eine
Laufschaufel 14 mit zur Laufschaufelhaltenut 12 korrespondiert ausgeführtem Schaufelfuß
54 eingeschoben werden kann. In der in FIG 3 mittig dargestellten Laufschaufelhaltenut
12 ist bereits eine Laufschaufel 14 eingeschoben. Wie beim in FIG 1 und FIG 2 dargstellten
Stand der Technik ist an einer Stirnseite der Rotorscheibe 19 bzw. an einer stirnseitigen
Seitenfläche 56 des Wellenbundes 21 ein sich in Axialrichtung erstreckender Vorsprung
58 oder Aufweitung mit einer darin radial nach außen offenen umlaufenden Nut 20 angeordnet.
Die umlaufende Nut 20 ist beispielsweise radial weiter innen als die Laufschaufelhaltenuten
12 angeordnet. Die Laufschaufel 14 weist eine zwischen Schaufelfuß 54 und profiliertem
Schaufelblatt angeordnete Plattform 28 auf, an deren Unterseite eine zur umlaufenden
Nut 20 geöffnete Sicherungsnut 24 vorgesehen ist und dabei dieser gegenüberliegt.
In analoger Weise zum Stand der Technik ist ein Dichtelement 42 in die endlos umlaufende
Nut 20 und in die Sicherungsnut 24 eingesetzt, welches die Laufschaufel 14 gegen eine
Verschiebung entlang der Laufschaufelhaltenut sichert.
[0019] Im Unterschied zum nächstliegenden Stand der Technik deckt das Dichtelement 42 die
stirnseitige Öffnung einer der Laufschaufelhaltenuten 12 vollständig ab. So ist jeweils
nur eine der Laufschaufeln 14 von einem der Dichtelemente 42 gegen eine Verschiebung
entlang der Laufschaufelhaltenut 12 gesichert.
[0020] Die Dichtelemente 42 können aber auch, wie beim Stand der Technik, so über den Umfang
verteilt sein, dass zwei unmittelbar benachbarte Dichtelemente jeweils hälftig in
die Sicherungsnut 24 der Laufschaufel 14 eingreifen. Dann sichern zwei benachbarte
Dichtelemente eine der Laufschaufeln 14 gegen eine Axialverschiebung.
[0021] Analog zum Stand der Technik bildet ein vollständig montierter Kranz von Dichtelementen
42, die sich jeweils geringfügig überlappen, einen Dichtring, der einen von einem
Kühlmittel durchströmbaren Bereich 37 von einem weiteren Bereich 39 abtrennt, in dem
ein Heißgas unter Umständen auftreten kann (FIG 2).
[0022] Um das Dichtelement 42 selber gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung zu sichern,
ist am radial inneren Ende 61 des Dichtelementes 42 eine Öffnung 63 vorgesehen, welche
eine Ausklinkung, aber auch eine Bohrung sein kann.
[0023] Außerdem ist an der Seitenfläche 56 des Wellenbundes 21 im Bereich des Vorsprungs
58 jeweils eine Ausnehmung 65 vorgesehen, welche im Wesentlichen in Axialrichtung
des Rotors 23, d. h. parallel zu dessen Drehachse 50 verläuft. Jede Ausnehmung 65
weist zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 66 auf, die, nach außen betrachtet, keilförmig
aufeinander zu verlaufen, sich aber unter Bildung eines Spalts nicht berühren.
[0024] Anstelle einer nach außen offenen Ausnehmung 65 kann auch eine nach außen geschlossene
Ausnehmung vorhanden sein. In diesem Fall berühren sich die beiden zueinander verlaufenden
Seitenwände 66 in einer abgerundeten Spitze.
[0025] In der Ausnehmung 65 ist das in FIG 4 perspektivisch dargestellte Blockierelement
67 einsetzbar. Das Blockierelement 67 umfasst einen Abschnitt mit einer zur Ausnehmung
65 korrespondierenden Keilform mit aufeinander zu verlaufen Flanken 70 und einen am
keilförmigen Abschnitt stirnseitig angeordnetem Bolzen 69. Bei in der Ausnehmung 65
eingesetztem Blockierelement 67 greift dessen Bolzen 69 in die Öffnung 63 des Dichtelementes
42 ein.
[0026] Insgesamt umfasst somit das Mittel zur Sicherung des Dichtelementes 42 gegen eine
Verschiebung in Umfangsrichtung U die Öffnung 63 im Dichtelement 42, die in der Stirnseite
der Rotorscheibe 19 angeordnete Ausnehmung 65 sowie das darin einsetzbare Blockierelement
67.
[0027] Ein geringfügiges und tolerierbares Spiel des Dichtelements 42 entlang der umlaufenden
Nut 20 ist nur insofern möglich, wie die in Umfangrichtung gesehene Breite der Öffnung
63 größer ist als die in Umfangrichtung zu betrachtende Breite bzw. der Durchmesser
des Bolzens. Um eine besonders dichte Trennung des Bereichs 37 vom Bereich 39 zu erreichen,
entspricht vorzugsweise die Breite der Öffnung 63 im Wesentlichen dem Durchmesser
des Bolzens 69.
[0028] Nach dem Einsetzen des Blockierelements 67 in die Ausnehmung 65 wird das erstgenannte
mittels eines Anstemmvorgangs geringfügig plastisch deformiert. Das Blockierelement
67 wird dabei im Bereich 71 plastisch deformiert. Hierdurch wird das noch zum Einsetzen
des Blockierelements 67 vorhandene, aber geringfügige Spiel beseitigt, so dass sich
ein sicherer Sitz des Blockierelements 67 ergibt. Durch die Beseitigung des Spiels
werden die Flanken 70 an die Seitenwände 66 gepresst. Hierdurch entsteht ein zuverlässiger
Reibschluss zwischen den Wänden 66 der Ausnehmung 65 und denen Flanken 70 des Blockierelements
67, welcher das ungewollte Lösen des letztgenannten sicher verhindert.
[0029] Der Anstemmvorgang kann mittels eines geeigneten, an der Spitze leicht abgerundetem
Meißels erfolgen, der am Blockierelement im Bereich 71 angesetzt, mit einem Hammerschlag
versehen wird. Zur kontrollierten Positionierung des Meißels weist das Blockierelement
eine stirnseitige vorgearbeitete Mulde 71 auf, in der der Meißel anzusetzen ist.
[0030] Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist in FIG 5 perspektivisch dargestellt.
Dabei ist das aus der FIG 4 gezeigte Blockierelement 67 mit nur einer geringfügigen
Veränderung in der Ausnehmung 65 eingesetzt. Anstelle der stirnseitigen Mulde 71 weist
das für FIG 5 zu verwendende Blockierelement 67 zwei - bezogen auf den Rotor - mantelseitige
(umfangsseitige) Mulden 71 als Hilfe für den Anstemmvorgang auf, die sofern das Blockierelement
67 in der Ausnehmung 65 gemäß FIG 5 eingesetzt ist, jeweils einer in den Seitenwänden
66 umfangsseitig vorgesehenen Taschen 72 gegenüberliegen. Durch einen Anstemmvorgang
gemäß vorgenannter Art und Weise kann das den Mulden 71 benachbarte Material des Blockierelements
in die Taschen 72 eingebracht werden, so dass sich zur sicheren Positionierung des
Blockierelements 67 in der Ausnehmung 65 ein Formschluss ergibt.
[0031] Insgesamt wird mit der Erfindung eine Anordnung angegeben, bei der die aus dem Stand
der Technik bekannten Nachteile eliminiert werden, indem ein von der Stirnseite des
Wellenbundes her in eine Ausnehmung eingesetztes Blockierelement den Verschiebeweg
des Dichtelementes blockiert. Damit das Blockierelement selber gegen ungewolltes Lösen
gesichert ist, wird dieses mittels einer plastischen Deformation an der Rotorscheibe
befestigt.
1. Anordnung (10) zur Axialsicherung von Laufschaufeln (14) in einem Rotor (23),
mit einem Wellenbund (21), an dessen Außenumfang (52) in Axialrichtung des Rotors
(23) verlaufende Laufschaufelhaltenuten (12) vorgesehen sind, in denen jeweils Laufschaufeln
(14) mit zur Laufschaufelhaltenut (12) korrespondierenden Schaufelfüßen (54) angeordnet
sind,
mit einem an einer stirnseitigen Seitenfläche (56) des Wellenbundes (21) im Bereich
der Laufschaufelhaltenuten (12) angeordneten Vorsprung (58),
in dem eine radial nach außen offene umlaufende Nut (20) vorgesehen ist und mit in
jeder Laufschaufel (14) angeordneten radial nach innen offenen Sicherungsnuten (24),
welche jeweils der umlaufenden Nut (20) radial gegenüberliegt,
wobei zur Axialsicherung der Laufschaufeln (14) jeweils in die umlaufende Nut (20)
und in die Sicherungsnut (24) eingreifende blechförmige Dichtelemente (42) vorgesehen
sind, die in Umfangsrichtung (U) einen stirnseitigen Dichtring bilden,
wobei zur Sicherung der Dichtelemente (42) gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung
(U) mindestens eines der Dichtelemente (42) ein Mittel aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittel eine im Dichtelement (42) vorgesehene Öffnung (63) sowie ein in der Seitenfläche
(56) des Wellenbundes (21) vorgesehene, mit der Öffnung (63) annähernd fluchtende
Ausnehmung (65) sowie ein in der Ausnehmung (65) und in der Öffnung (63) sitzendes
Blockierelement (67) umfasst, welches durch eine plastische Deformierung gegen Verlust
gesichert ist.
2. Anordnung (10) nach Anspruch 1,
bei der das Blockierelement (67) - bezogen auf seine Einbaulage - im Bereich der Ausnehmung
(65) im Querschnitt keilförmig ausgebildet ist und einen stirnseitig herausragenden
Bolzen (69) umfasst, welcher in die Öffnung (63) des Dichtelements (42) einsetzbar
ist.
3. Anordnung (10) nach Anspruch 2,
bei der die Ausnehmung (65) zur Keilform des Blockierelements (67) korrespondierend
ausgebildet ist und bei der die Seitenwände (66) der Ausnehmung (65) nach außen gesehen
zueinander geneigt sind.
4. Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Ausnehmung (65)
radial nach außen offen ist.
5. Anordnung (10) nach Anspruch 4,
bei der in den Seitenwänden (66) der Ausnehmungen (65) - bezogen auf den Rotor - umfangsseitige
Taschen vorgesehen sind, in die Material des Blockierelements (67) durch die plastische
Deformation zumindest teilweise einbringbar ist.
6. Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Wellenbund (21)
von einer Rotorscheibe (19) gebildet ist.
7. Anordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der mindestens jedes zweite
Dichtelement (42) das Mittel zur Sicherung der Dichtelemente (42) gegen eine Verschiebung
aufweist.
8. Gasturbine mit einer Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Sicherung
von Laufschaufeln (14).