Leitscheibensegment und Leitschaufelträger für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse

Abstract

 Ein Leitscheibensegment (5) für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse weist eine Mehrzahl von Leitschaufeln (6) und ein Außenringsegment (7) auf, an dem die Leitschaufeln entlang seines Innenumfangs festgelegt sind und das in einen bzw. aus einem Leitschaufelträger (3) des Turbomaschinengehäuses ein- und/oder auskugelbar ist, wobei das Außenringsegment (7) entlang seines Außenumfangs eine Verzahnung (10) aufweist, in die eine Antriebseinrichtung (11) eingreifbar und mit der eine Tangentialkraft auf das Außenringsegment (7) aufbringbar ist, so dass beim Ein- und/oder Auskugeln das Leitscheibensegment (5) antreibbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Leitscheibensegment und einen Leitschaufelträger für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse und ein Verfahren zum Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments in den bzw. aus dem Leitschaufelträger.

[0002] Eine Turbomaschine ist beispielsweise eine Gasturbine mit einem Verdichter in Axialbauweise. Herkömmlich weist der Verdichter ein horizontal geteiltes Gehäuse auf, wodurch in die von einander abgehobenen Gehäusehälften Innenbauteile des Verdichters montierbar sind. Hierzu zählt eine Leitscheibe des Verdichters, die von zwei Leitscheibensegmenten gebildet ist.

[0003] In Fig. 4 und 5 ist die Montage eines Leitscheibensegments 102 in ein Verdichtergehäuse 101 gezeigt. Das Leitscheibensegment 102 bildet eine 180°-Hälfte der gesamten Leitscheibe, so dass zwei zueinander passend angeordnete Leitscheibensegmente 102 eine Leitscheibe bilden. Das Leitscheibensegment 102 wird in das untere Teil des Verdichtergehäuses 101 montiert, wobei die Montage mit Hilfe einer Montagevorrichtung 103 bewerkstelligt wird, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Die Montagevorrichtung 103 ist dem Leitscheibensegment 102 nachgebildet und weist Platten 104 auf, an denen das Leitscheibensegment 102 befestigt wird. Wie es in Fig. 5, Phase 0 gezeigt ist, ist das Leitscheibensegment 102 in den unteren Teil des Verdichtergehäuses 101 eingebettet, wohingegen die Montagevorrichtung 103 nach oben heraussteht.

[0004] Zum Auskugeln des Leitscheibensegments 102 aus der unteren Hälfte des Verdichtergehäuses 101 wird an einem am Außenumfang der Montagevorrichtung 103 angeordnetem Kranangriffspunkt 105 mit einem Kran eine vertikal nach oben gerichtete Kraft F ausgeübt, so dass die Montagevorrichtung 103 mit dem daran befestigten Leitscheibensegment 102 um einen Schwenkwinkel 106 gedreht wird (siehe Phase 2 in Fig. 5). Durch Nachsetzen des Kranangriffspunkts 105 in den Phasen 2 bis 4 in Fig. 5 wird nach und nach durch Betätigen des Krans und Aufbringen der Kraft F an dem Kranangriffspunkt 105 die Montagevorrichtung 103 mit dem daran befestigten Leitscheibensegment 102 Stück für Stück gedreht, bis in Phase 4 in Fig. 5 die Montagevorrichtung 103 vollständig von dem unteren Teil des Verdichtergehäuses 101 umgriffen wird und das Leitscheibensegment 102 nach oben von dem Verdichtergehäuse 101 vorsteht. Nach Lösen der Platten 104 von dem Leitscheibensegment 102 kann das Leitscheibensegment 102 von dem Verdichtergehäuse 101 entfernt werden. Das Ein- und Auskugeln des Leitscheibensegments 102 unter Betätigung des Krans ist umständlich, zeitaufwändig und erfordert eine hohe Geschicklichkeit.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leitscheibensegment und einen Leitschaufelträger für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse und ein Verfahren zum Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments in den bzw. aus dem Leitschaufelträger zu schaffen, wobei das Leitscheibensegment schnell und zuverlässig in den bzw. aus dem Leitschaufelträger ein-und/oder auskugelbar ist.

[0006] Das erfindungsgemäße Leitscheibensegment für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse weist eine Mehrzahl von Leitschaufeln und ein Außenringsegment auf, an dem die Leitschaufeln entlang seines Innenumfangs angeordnet sind und das in einen Leitschaufelträger des Turbomaschinengehäuses und/oder aus diesem heraus ein- bzw. auskugelbar ist, wobei das Außenringsegment entlang seines Außenumfangs eine Verzahnung aufweist, in die eine Antriebseinrichtung eingreifbar und mit der eine Tangentialkraft auf das Außenringsegment aufbringbar ist, so dass beim Ein- und/oder Auskugeln das Leitscheibensegment antreibbar ist.

[0007] Der erfindungsgemäße Leitschaufelträger für das horizontal geteilte Turbomaschinengehäuse, in den bzw. aus dem ein Leitscheibensegment ein- und/oder auskugelbar ist, weist ein Schneckenelement mit einer Schrägverzahnung auf, das in eine entlang des Außenumfangs des Leitscheibensegments vorgesehene Verzahnung eingreifbar ist, so dass beim Drehen des Schneckenelements um seine Längsachse eine Tangentialkraft auf das Leitscheibensegment aufbringbar ist, mit der beim Ein-und/oder Auskugeln das Leitscheibensegment antreibbar ist.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments in den und/oder aus dem Leitschaufelträger weist die Schritte auf: Bereitstellen des Leitscheibensegments und des Leitschaufelträgers; Drehen des Schneckenelements, so dass das Leitscheibensegment von dem Schneckenelement umfangsangetrieben wird, wobei das Leitscheibensegment in den Leitschaufelträger eingekugelt oder aus dem Leitschaufelträger ausgekugelt wird.

[0009] Das Leitscheibensegment weist erfindungsgemäß an seinem Außenringsegment die Verzahnung auf, in die das Schneckenelement mit seiner Schrägverzahnung eingreift. Die Schrägverzahnung des Schneckenelements ist schraubenförmig um die Längsachse des Schneckenelements ausgebildet, so dass, wenn das Schneckenelement um seine Längsachse gedreht wird, das Leitscheibensegment an dem Außenringsegment umfangsangetrieben wird. Dadurch kann durch das Drehen des Schneckenelements das Leitscheibensegment in dem Leitschaufelträger gedreht werden, wodurch unter der Drehbetätigung des Schneckenelements das Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments in den / aus dem Leitschaufelträger bewerkstelligt werden kann. Somit ist das Ein- und/oder Auskugeln einfach und sicher handhabbar, wobei ein zusätzlicher Kran nicht eingesetzt zu werden braucht. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die auf das Leitscheibensegment einwirkende Kraft, welche zu dessen Bewegung notwendig ist, erfindungsgemäß stets tangential am Leitscheibensegment angreift. Somit werden schräg auf das Verdichtergehäuse oder Leitscheibensegment wirkende Kräfte vermieden, welche ggf. zu Beschädigungen oder Verschleiß führen könnten.

[0010] Bevorzugt ist die Verzahnung des Außenringsegments eine Globoidverzahnung und bevorzugt ist die Schrägverzahnung des Schneckenelements eine Globoidverzahnung.

[0011] Dadurch ist der Kontaktbereich der Verzahnung des Außenrings und der Schrägverzahnung des Schneckenelements flächig ausgebildet, wodurch der Verschleiß insbesondere an der Schrägverzahnung des Schneckenelements gering ist.

[0012] Es ist bevorzugt, dass die Globoidverzahnung eine konkave Struktur in jeder der Ebenen hat, in denen die Längsachse des Turbomaschinengehäuses liegt.

[0013] Dadurch wird von der Globoidverzahnung des Außenringsegments das Schneckenelement zumindest teilweise umgriffen, wodurch die Kontaktfläche von dem Außenringsegment mit dem Schneckenelement groß ist. Somit ist das Schneckenelement mit seiner Schrägverzahnung, die in die Verzahnung des Außenringsegments eingreift, geführt drehbar, wodurch ein Verkanten des Schneckenelements in der Verzahnung des Außenringsegments unterbunden ist.

[0014] Ferner ist es bevorzugt, dass die konkave Kontur der Globoidverzahnung des Außenringsegments einen Viertelkreis beschreibt.

[0015] Dadurch kann vorteilhaft die Globoidverzahnung des Außenringsegments beispielsweise im Bereich einer gedachten Außenkante des Außenringsegments vorgesehen werden, wodurch das Leitscheibensegment einfach herstellbar und das Schneckenelement von außen gut zugänglich ist.

[0016] Es ist bevorzugt, dass der Leitschaufelträger ein Sackloch mit einem Boden aufweist, an dem das Schneckenelement abgestützt ist.

[0017] Vorteilhaft ist damit erreicht, dass das Schneckenelement stabil in dem Leitschaufelträger gehalten ist, wodurch das Schneckenelement sicher betreibbar ist.

[0018] Außerdem ist es bevorzugt, dass das Schneckenelement ein Innenvielkantprofil aufweist, an dem das Schneckenelement mittels eines mit dem Innenvielkantprofil zusammenwirkbaren Werkzeugs antreibbar ist.

[0019] Das Werkzeug kann beispielsweise als eine Kurbel mit einem Außensechskantprofil ausgebildet sein, das in das Innenvielkantprofil des Schneckenelements einsteckbar ist. Wird die Kurbel per Hand gedreht, wird das Schneckenelement gedreht und das Leitscheibensegment einfach und bequem aus dem Leitschaufelträger ausgekugelt bzw. in den Leitschaufelträger eingekugelt.

[0020] Ferner ist es bevorzugt, dass das Schneckenelement nur zum Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments an dem Leitschaufelträger montiert ist.

[0021] Das heißt, sobald das Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments abgeschlossen ist, kann das Schneckenelement von dem Leitschaufelträger entfernt werden. Umgekehrt kann das Schneckenelement auch während des Betriebs der Turbomaschine in dem Leitschaufelträger montiert sein.

[0022] Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leitscheibensegments und eines erfindungsgemäßen Leitschaufelträgers anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch ein horizontal geteiltes Axialverdichtergehäuse,

Fig. 2

ein Detail A aus Fig. 1,

Fig. 3

einen Schnitt B-B aus Fig. 2,

Fig. 4

eine herkömmliche Montagevorrichtung und

Fig. 5

Montage-Phasen beim herkömmlichen Auskugeln des Leitscheibensegments aus einem Verdichtergehäuse.

[0023] Wie es aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, weist ein Axialverdichter 1 ein Verdichtergehäuse 2 auf, das horizontal geteilt ist. In dem Verdichtergehäuse 2 integriert ist ein Leitschaufelträger 3 vorgesehen, der an seinem Innenumfang eine Umfangsnut 4 zum Aufnehmen eines Leitscheibensegments 5 aufweist. Der Klarheit halber ist in Fig. 1 der Verdichterrotor mit den daran angeordneten Verdichterlaufschaufeln nicht gezeigt.

[0024] Das Leitscheibensegment 5 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von 180°. Jedes Leitscheibensegment 5 weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln 6 auf, so dass zwei aneinander gesetzte Leitscheibensegmente 5 eine vollständige Leitscheibe für den Verdichter 1 bilden. Die Leitschaufeln 6 der Leitscheibe bilden dann in ihrer Gesamtheit ein Leitschaufelgitter des Verdichters.

[0025] Das Leitscheibensegment 5 weist an seinem Außenrand ein Außenringsegment 7 und an seinem Innenumfang ein Innenringsegment 8 auf, wobei zwischen dem Außenringsegment 7 und dem Innenringsegment 8 die Leitschaufeln 6 strahlenförmig angeordnet sind. Die Leitschaufeln 6 sind lang gestreckt ausgebildet, wobei ein außen liegendes Längsende an dem Außenringsegment 7 und ein innen liegendes Längsende an dem Innenringsegment 8 schwenkbar angeordnet ist. Im montierten Zustand sind die Leitschaufeln 6 mittels eines Verstellmechanismus 9 um ihre Längsachse schwenkbar, wobei der Verstellmechanismus 9 von außerhalb des Verdichtergehäuses 2 zugänglich ist. Vorzugsweise bilden die Leitschaufeln 6 der Leitscheibe die schwenkbaren Einlass-Leitschaufeln des Verdichters.

[0026] Das Leitscheibensegment 5 greift mit seinem Außenringsegment 7 in die Umfangsnut 4 ein, wobei der Leitschaufelträger 3 Teil des Verdichtergehäuses 2 sein kann. Zur Demontage ist das Leitscheibensegment 5 um 180°, also aus dem Leitschaufelträger 3 zu drehen, bis das Außenringsegment 7 mit der Umfangsnut 4 außer Eingriff steht.

[0027] Das Außenringsegment 7 weist an einer gedachten außen liegenden Umfangskante eine Globoidverzahnung 10 auf, die in jeder Ebene, in der die Längsachse des Leitschaufelträgers 3 liegt, viertelkreisförmig ausgebildet ist. Ferner weist der Leitschaufelträger 3 ein Schneckenelement 11 auf, das eine Zylinderform hat. Am Außenumfang des Schneckenelements 11 ist eine Schrägverzahnung 12 vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass sie unter Ausbilden eines Schneckenantriebs mit der Globoidverzahnung 10 zusammenwirken kann.

[0028] Das Schneckenelement 11 ist in einem Sackloch 14, das in dem Leitschaufelträger 3 vorgesehen ist, angeordnet, so dass das Schneckenelement 11 in dem Sackloch 14 gehalten ist, während das Schneckenelement mit seiner Schrägverzahnung 12 über einen Viertelkreisumfang in die Globoidverzahnung 10 eingreift.

[0029] Das Sackloch 14 hat einen Boden 15, an dem das Schneckenelement 11 in dessen Längsrichtung abgestützt ist. Ferner weist das Schneckenelement 11 an seinem stirnseitigen, dem Boden 15 abgewandten Ende ein Innensechskantprofil 13 auf. In das Innensechskantprofil 13 ist beispielsweise eine Kurbel mit einem entsprechend ausgebildeten Außensechskantprofil eingreifbar.

[0030] Wird das Schneckenelement 11, beispielsweise mit der Kurbel, in Drehrichtung 16 gedreht, wird von der Schrägverzahnung 12 auf die Globoidverzahnung 10 und dem Außenringsegment 7 eine Umfangskraft in Schwenkrichtung 17 ausgeübt. Durch die vom erfindungsgemäßen Antrieb stets in Umfangrichtung wirkende Kraft kann das Leitscheibensegment 5 ohne Verkanten aus dem Leitschaufelträger herausgeschoben werden. Aufgrund der Kopplung von Außenringsegment 7 und Innenringsegment 8 mittels der Leitschaufeln 6 und ggf. einer an dem Leitscheibensegment 5 angekoppelten Montagevorrichtung 103 kann mit Drehung des Schneckenelements 11 das Leitscheibensegment 5 vollständig aus dem hälftigen Leitschaufelträger 3 herausgeschoben werden.

[0031] Das Schneckenelement 11 bildet mit dem Außenringsegment 7 via der Schrägverzahnung 12 und der Globoidverzahnung 10 den Schneckenantrieb aus. Aufgrund von Reibungskräften, die insbesondere beim Bewegen des Außenringsegments 7 in der Umfangsnut 4 auftreten, wird das Schneckenelement 11 in das Sackloch 14 gedrückt. Dabei ist das Schneckenelement 11 am Boden 15 stabil abgestützt ist.

[0032] Durch die Betätigung des Schneckenantriebs wird also das Leitscheibensegment 5 um die Längsachse des Verdichters gedreht. Das im Leitschaufelträger 3 befindliche Leitscheibensegment 5 wird aus dem Leitschaufelträger 3, genauer gesagt, aus dessen Umfangsnut 4 herausgeschoben. Dieser Vorgang wird im Sinne der Patentanmeldung als Auskugeln bezeichnet. Beim Einkugeln, dem umgekehrten Vorgang also, wird das Leitscheibensegment 5 in den Leitschaufelträger 3 bzw. in dessen Umfangsnut 4 eingeschoben. Mit anderen Worten: unter Auskugeln und unter Einkugeln ist die Aus- bzw. Eindrehbewegung des Leitscheibensegments 5 um die Längsachse des Verdichters oder das Aus- bzw. Einschieben des Leitscheibensegments 5 in die Umfangsnut 4 des Leitschaufelträgers 3 oder des Verdichtergehäuses 2 zu verstehen.

[0033] Ist der Montage- bzw. Demontagevorgang des Leitscheibensegments 5 abgeschlossen, kann das Schneckenelement 11 aus dem Sackloch 14 herausgenommen werden, damit bei weiterer Behandlung des Axialverdichters bzw. dessen Betrieb das Schneckenelement 11 nicht in dem Sackloch 14 des Leitschaufelträgers 3 untergebracht ist. Umgekehrt kann, wenn die Schneckenelement 11 zur Montage bzw. Demontage des Leitscheibensegments 5 nicht separat bereitgestellt werden soll, das Schneckenelement 11 in dem Sackloch 14 auch während des Betriebs des Axialverdichters 1 verbleiben.

[0034] Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Leitscheibensegment und der dazugehörige Antrieb nicht nur bei Einlass-Leitschaufeln eines Verdichters angewandt werden, sondern auch bei stromab davon angeordneten Leitschaufelringen, deren Leitschaufeln ggf. auch um ihre Längsachsen schwenkbar sind. Daneben kann das Ein- und/oder Auskugeln der Leitscheibe 5 auch bei in der unteren Gehäusehälfte eingelegtem Rotor erfolgen.

Ansprüche

1. Leitscheibensegment (5) für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln (6) und einem Außenringsegment (7),
an dem die Leitschaufeln (6) entlang seines Innenumfangs angeordnet sind und das in einen Leitschaufelträger (3) des Turbomaschinengehäuses und/oder aus dem Leitschaufelträger (3) ein- bzw. auskugelbar ist,
wobei das Außenringsegment (7) entlang seines Außenumfangs eine Verzahnung aufweist, in die eine Antriebseinrichtung eingreifbar und mit der eine Tangentialkraft auf das Außenringsegment (7) aufbringbar ist,
so dass beim Ein- und/oder Auskugeln das Leitschaufelsegment (5) antreibbar ist.

2. Leitscheibensegment (5) gemäß Anspruch 1,
wobei die Verzahnung eine Globoidverzahnung (10) ist.

3. Leitscheibensegment (5) gemäß Anspruch 2,
wobei die Globoidverzahnung (10) eine konkave Kontur in jeder der Ebenen hat, in denen die Längsachse des Turbomaschinengehäuses liegt.

4. Leitscheibensegment (5) gemäß Anspruch 3,
wobei die konkave Kontur zumindest annähernd einen Viertelkreis beschreibt.

5. Leitschaufelträger (3) für ein horizontal geteiltes Turbomaschinengehäuse, in dem ein Leitscheibensegment (5) ein- und/oder aus dem das Leitscheibensegment (5) auskugelbar ist,
wobei der Leitschaufelträger (3) ein Schneckenelement (11) mit einer Schrägverzahnung aufweist, die in eine entlang des Außenumfangs des Leitscheibensegments (5) vorgesehene Verzahnung eingreifbar ist,
so dass beim Drehen des Schneckenelements (11) um seine Längsachse eine Tangentialkraft auf das Leitscheibensegment (5) aufbringbar ist, mit der beim Ein- und/oder Auskugeln das Leitschaufelsegment (5) antreibbar ist.

6. Leitschaufelträger (3) gemäß Anspruch 5,
wobei die Schrägverzahnung eine Globoidverzahnung (10) ist.

7. Leitschaufelträger (3) gemäß Anspruch 5 oder 6,
wobei der Leitschaufelträger (3) ein Sackloch (14) mit einem Boden (15) aufweist, an dem das Schneckenelement (11) abgestützt ist.

8. Leitschaufelträger (3) gemäß Anspruch 7,
wobei das Schneckenelement (11) ein Innenvielkantprofil aufweist, an dem das Schneckenelement (11) mittels eines mit dem Innenvielkantprofil zusammenwirkbaren Werkzeugs antreibbar ist.

9. Verfahren zum Ein- und/oder Auskugeln eines Leitscheibensegments (102) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 in einen gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 ausgebildeten Leitschaufelträger (3) bzw. aus diesem heraus,
aufweisend die Schritte:

- Bereitstellen des Leitscheibensegments (102) und des Leitschaufelträgers (3);

- Drehen des Schneckenelements (11), so dass das Leitscheibensegment (102) von dem Schneckenelement (11) umfangsangetrieben wird,

wobei das Leitscheibensegment (102) in den Leitschaufelträger (3) eingekugelt oder aus dem Leitschaufelträger (3) ausgekugelt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9,
wobei das Schneckenelement (11) nur zum Ein- und/oder Auskugeln des Leitscheibensegments (102) an dem Leitschaufelträger (3) montiert ist.

Zeichnung