Laufschaufelanordnung für einen Axialverdichter

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Laufschaufelanordnung (10), umfassend einen Rotorabschnitt (12) für eine Turbomaschine, an dessen radial nach außen gerichteter Mantelfläche (14) sich zumindest teilweise in Axialrichtung erstreckende, seitlich offene Haltenuten (16) entlang des Umfangs verteilt sind und in denen über die seitliche Haltenutöffnung (20) jeweils eine Laufschaufel (22) mit ihrem jeweiligen Schaufelfuß (24) eingesetzt ist. Die in Haltenuten (16) eingesetzten Laufschaufeln (22) sind jeweils mittels eines plattenförmigen Sicherungselements (28) gegen eine Verschiebung in Axialrichtung bzw. entlang der Haltenut (16) gesichert. Erfindungsgemäß ist das Sicherungselement (28) formschlüssig mit dem Nutgrund (18) der Haltenut (16) in Eingriff. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist es möglich, bereits einseitig vorgebogene Sicherungselemente (28) vor der Montage der Laufschaufel (22) in die Haltenut (16) einzusetzen. Dies ermöglicht einerseits eine beschleunigte Montage und andererseits einen geringen Raumbedarf an derjenigen Stirnseite des Rotorabschnitts (12), an welcher der vorgebogene Schenkel (30) des Sicherungselementes (28) vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Laufschaufelanordnung, umfassend einen Rotorabschnitt für eine Turbomaschine, an dessen radial nach außen gerichteter Mantelfläche sich zumindest teilweise in Axialrichtung erstreckende, seitlich offene Haltenuten entlang des Umfangs verteilt sind und in denen über die seitliche Haltenutöffnung jeweils eine Laufschaufel mit ihrem jeweiligen Schaufelfuß eingesetzt ist.

[0002] Aus der EP 1 703 078 A1 ist eine Befestigung von Laufschaufeln an dem Rotor eines Axialverdichters bekannt, bei der die einzelnen Laufschaufeln in sich in Axialrichtung erstreckende Haltenuten eingesetzt sind. Die Laufschaufeln sind dabei gegen eine Verschiebung entlang der Haltenut mittels eines Sicherungsbleches gesichert. Das Sicherungsblech ist zwischen der Unterseite des Schaufelfußes und dem Nutgrund der Haltenut platziert. An der Unterseite des Schaufelfußes ist eine Aussparung vorgesehen, in die ein am Sicherungsblech vorgesehener Wulst eingreift. Bei der Montage der Laufschaufel in die zugehörige Haltenut werden Laufschaufel und Sicherungsblech gleichzeitig in die Haltenut eingeschoben. Nach der Positionierung der Laufschaufel in der endgültigen Betriebslage stehen die Enden des Sicherungsblechs über die Stirnseiten der Radscheibe hinaus. Anschließend werden die überstehenden Enden nach innen eingebogen, so dass diese die Rotorscheibe stirnseitig umklammern. Mit Hilfe der Umklammerung und mit Hilfe des in der Aussparung sitzenden Wulstes ist die Laufschaufel gegen eine Verschiebung entlang der Haltenut gesichert.

[0003] Es wird dabei als nachteilig empfunden, dass zum Umbiegen der über die Haltenut hinaus stehenden Enden ein axialer Bauraum seitlich der Radscheibe erforderlich ist, welches das Umbiegen der Enden ermöglicht und erlaubt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Sicherungsvorrichtung für Laufschaufeln einer Turbomaschine, mittels der eine zuverlässige Sicherung erreicht wird und die darüber hinaus einen besonders geringen stirnseitigen Raumbedarf seitlich der Rotorscheibe erfordert, um eine besondere kompakte Turbomaschine anzugeben.

[0005] Die Aufgabe wird mit einer Laufschaufelanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass zur Montage der Laufschaufel in der Haltenut ein besonders geringer seitlicher Raumbedarf erforderlich ist, wenn eine Sicherung existiert, bei der die Enden des Sicherungselements nicht mehr nach dessen Montage umgebogen werden müssen. Um dies zu vermeiden, ist jedoch eine Abkehr vom herkömmlichen Sicherungskonzept erforderlich. Die Erfindung hat erkannt, dass jedoch der Rahmen des bisherigen Sicherungskonzepts jedoch nicht grundlegend verlassen werden muss, um die Aufgabe zu lösen. Die Erfindung sieht vor, dass zumindest eines der Enden des Sicherungselements noch vor dessen Montage in der Haltenut bereits umgebogen sein kann. Dadurch kann zumindest einer der beiden seitlichen Räume äußerst kompakt ausgestaltet sein, was zu einer axial verkürzten Turbomaschine führt. Durch das einseitig auf den erforderlichen Winkel vorgebogene Sicherungselement sind nun das Sicherungselement und die Laufschaufeln nicht mehr gleichzeitig, sozusagen als Paar, in die Haltenut einschiebbar. Nach der Erfindung werden diese nun getrennt voneinander montiert. Um die getrennte Montage von Sicherungselement und Laufschaufel zu ermöglichen, ist das Sicherungselement nun mit dem Nutgrund formschlüssig in Eingriff zu bringen. Nachdem das Sicherungsblech mit dem Nutgrund formschlüssig verbunden ist, kann anschließend die Laufschaufel über das noch ungebogene Ende des Sicherungselements eingeschoben werden. Sonach kann die endgültige Sicherung der Laufschaufel stattfinden, was die Montage der betreffenden Laufschaufel beendet. Durch die Verwendung bereits teilweise vorgefertigter Sicherungselemente können auch kürzere Montagezeiten erreicht werden.

[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0008] Gemäß einer vorteilhaften ersten Weiterbildung weist das Sicherungselement zwei Schenkel auf, welche im sichernden Zustand jeweils an einer der beiden Stirnseiten des Schaufelfußes anliegen. Im Gegensatz zum Stand der Technik liegen somit die Schenkel nicht mehr an den Stirnseiten der Radscheibe an, sondern an den Stirnseiten des Schaufelfußes. Da die freien Enden der Schenkel des Sicherungselementes nun nach außen gerichtet sind, und nicht mehr, wie beim Stand der Technik, nach innen, kann das Aufbiegen der Schenkel durch die im Betrieb auf den Rotor einwirkende Zentrifugalkraft nun sicher verhindert werden.

[0009] Im Rahmen einer Weiterbildung ist im Nutgrund der Haltenut zumindest eine Ausnehmung für den Formschluss vorgesehen. Im gleichen Zuge weist das Sicherungselement für jede Ausnehmung ein zur betreffenden Ausnehmung korrespondierendes Loch auf. In jedem Loch-Ausnehmungs-Paar sitzt jeweils ein Formelement zur Bildung des Formschlusses. Zweckmäßiger Weise ist dabei das Formelement als Passfeder ausgebildet. Die Passfeder sitzt somit sowohl teilweise in der Ausnehmung als auch teilweise im korrespondierenden Loch, was die Verschiebung des Sicherungselementes entlang der Haltenut verhindert. Die Passfeder blockiert also den Verschiebeweg des Sicherungselements und verhindert so dessen Relativbewegung gegenüber und entlang der Haltenut. Bezogen auf das Sicherungsblech aus dem Stand der Technik kann das Sicherungselement nun kostengünstiger hergestellt werden, da das Einbringen eines Lochs preiswerter ist als die Herstellung des dort angewendeten Wulstes. Sofern eine radial nach außen gerichtete Vorspannung zum Anpressen der Laufschaufel an die Haltenut erforderlich ist, kann dies über eine entsprechende Wandstärke des Sicherungselementes erreicht werden, wodurch das Spaltmaß zwischen Unterseite und Nutgrund überkompensiert wird.

[0010] Alternativ zur vorgenannten Ausgestaltung kann das Sicherungselement in seinem Abschnitt, welcher der Ausnehmung gegenüberliegt, auch eine Kontur aufweisen, welche sich zumindest teilweise in die Ausnehmung hinein erstreckt. Dem zur Folge weist das Sicherungselement eine durch Tiefziehen, Stanzen oder sonst wie hergestellte Absenkung auf, welche sich in die Ausnehmung erstreckt und die axiale Verschiebung blockiert. Dadurch erspart man sich das zusätzliche Formelement bzw. die Passfeder.

[0011] Zweckmäßigweise kann der Rotorabschnitt, an dem die Laufschaufel angeordnet ist, von einer Rotorscheibe oder von einem Wellenbund des Rotors einer Turbomaschine gebildet sein. Besonders bevorzugt wird die Laufschaufelanordnung in einem Axialverdichter verwendet, insbesondere für Laufschaufelkränze mit vergleichsweise kleinen Laufschaufeln, d.h. Laufschaufeln mit vergleichsweise kurzer Spannweite.

[0012] Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich auch durch die vorteilhafte Kombination von Merkmalen der dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Identische Merkmale sind dabei in den nachfolgenden Zeichnungen mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.

[0013] Es zeigen:

FIG 1

einen Längsschnitt in teilperspektivischer An- sicht durch eine erfindungsgemäße Laufschaufelan- ordnung einer Turbomaschine gemäß einer ersten Ausgestaltung,

FIG 2

einen Längsschnitt durch den Nutgrund einer Haltenut und das Sicherungselement gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung und

FIG 3

die Draufsicht auf das Sicherungselement gemäß der zweiten Ausgestaltung.

[0014] FIG 1 zeigt in teils geschnittener, teils perspektivischer Ansicht eine Laufschaufelanordnung 10 des Rotors eines Axialverdichters. Die Laufschaufelanordnung 10 umfasst dabei einen Rotorabschnitt 12, welcher Teil des Rotors des Axialverdichters ist. Der Rotorabschnitt 12 kann beispielsweise als Rotorscheibe oder auch als Wellenbund eines dann in diesem Abschnitt hauptsächlich einstückigen Rotors ausgebildet sein.

[0015] An der nach außen gerichteten Mantelfläche 14 des Rotorabschnitts 12 befinden sich mehrere, entlang des Umfangs verteilte Haltenuten für Laufschaufeln, von denen in FIG 1 eine Haltenut 16 im Schnitt dargestellt ist. Der Schnitt durch die Haltenut 16 ist dabei so gewählt, dass dessen prinzipiell symmetrische hammerförmige Schaufelfußkontur hälftig zu sehen ist. Jede Haltenut 16 weist einen an sich leicht gewölbten Nutgrund 18 auf, welcher aber auch eben sein kann. Die Haltenuten 16 sind stirnseitig, bezogen auf den Rotorabschnitt 12, geöffnet, so dass über die seitlich angeordneten Haltenutöffnungen 20 eine Laufschaufel 22 in die Haltenut 16 eingeschoben werden kann. Im Detail ist dabei der Schaufelfuß 24 der Laufschaufel 22 in der Haltenut 16 angeordnet; ein zur Laufschaufel 22 gehörendes aerodynamisch gekrümmtes Schaufelblatt ist in FIG 1 nur ansatzweise dargestellt und mit dem Bezugszeichen 25 versehen. Der Schaufelfuß 24 weist eine Unterseite 26 auf, welche dem Nutgrund 18 der Haltenut 16 nur mittelbar gegenüberliegt, da zwischen Nutgrund 18 und Unterseite 26 ein Sicherungselement 28 angeordnet ist. Das Sicherungselement 28 ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Länge der Haltenut 16 und noch etwas darüber hinaus. Es ist dabei entsprechend dem Nutgrund 18, leicht gewölbt oder eben.

[0016] Das Sicherungselement 28 weist einen über die Haltenutöffnung 20 hinaus stehenden ersten Schenkel 30 auf, welcher bereits nach außen, d.h. in Richtung des Schaufelblattes 25 der Laufschaufel 22, umgebogen ist. Ein am anderen Ende des Sicherungselementes 28 angeordneter zweiter Schenkel 32 erstreckt sich noch parallel zum Nutgrund 18. Mittig zwischen den Stirnseiten des Rotorabschnitts 12 ist im Nutgrund 18 eine Ausnehmung 34 angeordnet. Die Ausnehmung 34 kann beispielsweise als Bohrung ausgebildet sein. Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist derjenige axiale Abschnitt des Sicherungselementes 28, welcher der Ausnehmung 34 gegenüberliegt, ein Loch 36 auf. Das Loch 36 und die Ausnehmung 34 fluchten, so dass zur Bildung eines Formschlusses dort ein Formelement 38, ausgebildet als Passfeder, passend eingesetzt ist. Die Passfeder sitzt somit einerseits in der Ausnehmung 34 und andererseits im Loch 36 und verhindert somit eine Verschiebung des Sicherungselementes 28 entlang des Nutgrundes 18. Die Passfeder ragt prinzipiell nicht aus dem Loch heraus. Selbstverständlich können auch mehrere Paare von Ausnehmungen 34 und Löchern 36 je Haltenut 16 zwischen den Stirnseiten des Rotorabschnitts 12 verteilt sein, in denen jeweils ein Formelement 38 sitzt.

[0017] Zur Montage der Laufschaufelanordnung 10 ist zuerst die Passfeder in die Ausnehmung 34 einzusetzen. Anschließend wird das Sicherungselement 28 so in die Haltenut 16 eingelegt, dass dessen Loch 36 vom Formelement 38 verschlossen wird. Dabei ist der erste Schenkel 30 bereits nach außen umgebogen. Anschließend kann die Laufschaufel 22 durch die weiter links dargestellte stirnseitige Haltenutöffnungen 20 in die Haltenut 16 eingeschoben werden. Nachdem der Schaufelfuß 24 am ersten Schenkel 30 zum Anliegen kommt, kann der zweite Schenkel 32 mit einem geeigneten Werkzeug oder einer geeigneten Hilfsvorrichtung nach außen, d.h. zur Mantelfläche 14 umgebogen werden, bis dieser an der Stirnseite des Schaufelfußes 24 zum Anliegen kommt. Dadurch ist die Montage der Laufschaufel 22 in der Haltenut 16 abgeschlossen. Prinzipiell sind dabei alle Laufschaufeln 22 eines Laufschaufelkranzes derart zu montieren und zu befestigen.

[0018] Eine Relativbewegung der Laufschaufel 22 gegenüber dem Sicherungselement 28 ist dadurch blockiert, dass die beiden Schenkel 30, 32 im Verschiebeweg der Laufschaufel 22 platziert sind. Die beiden Schenkel 30, 32 umklammern folglich den Schaufelfuß 24. Gemäß dieser ersten Ausgestaltung ist eine Relativbewegung des Sicherungselementes 28 entlang der Längserstreckung der Haltenut 16 nicht möglich, da mittels des als Passfeder ausgebildeten Formelements 38, welches im Loch 36 und in der Ausnehmung 34 sitzt, das Sicherungselement 28 blockiert ist.

[0019] FIG 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu FIG 1 im Bezug auf die Sicherung gegen eine Verschiebung des Sicherungselementes 28 gegenüber und entlang der Haltenut 16. Anstelle des Formelements 38 weist nun das Sicherungselement 28 in seinem Abschnitt, welcher der Ausnehmung 34 gegenüberliegt, eine Kontur bzw. Form auf, die in die Ausnehmung 34 zumindest teilweise hineinragt. Die Form umfasst somit eine Absenkung 42, welche beispielsweise durch Tiefziehen oder Stanzen hergestellt sein kann. Auch diese Ausgestaltung kann mehrfach je Haltenut 16 verwendet sein.

[0020] Der Klarheit halber ist in FIG 2 die eingesetzte Laufschaufel 22 nicht dargestellt. FIG 3 zeigt die Draufsicht auf das Sicherungselement 28 gemäß der zweiten Ausgestaltung. Die Absenkung 42 wird insbesondere durch ein Loch 44 ermöglicht, dessen Rand die tiefgezogene bzw. abgesenkte Kontur umfasst.

[0021] Unabhängig von der Ausgestaltung liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, dass das Sicherungselement 28 bereits mit vorgebogenen Schenkel 30 montiert werden kann, was das Umbiegen des ersten Schenkels 30 bei bereits eingesetztem Sicherungselement 28 überflüssig macht. Hierdurch ist an der betreffenden Stirnseite des Rotorabschnitts 12 kein zusätzlicher Raumbedarf für die Montage zum Umbiegen des ersten Schenkels mehr erforderlich.

[0022] Zusammenfassend wird mit der Erfindung eine Laufschaufelanordnung 10 für einen Rotorabschnitt 12 einer Turbomaschine angegeben, bei dem die in Haltenuten 16 eingesetzten Laufschaufeln 22 jeweils mittels eines Sicherungselements 28 gegen eine Verschiebung in Axialrichtung bzw. entlang ihrer Haltenut 16 gesichert sind, in dem das Sicherungselement 28 formschlüssig mit dem Nutgrund 18 der betreffenden Haltenut 16 in Eingriff ist. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist es möglich, auch einseitig vorgebogene Sicherungselemente 28 vor der Montage der Laufschaufel 22 in die Haltenut 16 einzusetzen. Dies ermöglicht einerseits eine beschleunigte Montage und andererseits einen geringen Raumbedarf an derjenigen Stirnseite des Rotorabschnitts 12, an welcher der vorgebogene Schenkel 30 des Sicherungselementes 28 vorgesehen ist. An dieser Stirnseite des Rotorabschnitts 12 sind keine weiteren Montagegriffe erforderlich.

Ansprüche

1. Laufschaufelanordnung (10),
umfassend einen Rotorabschnitt (12) für eine Turbomaschine, an dessen nach außen gerichteter Mantelfläche (14) sich zumindest teilweise in Axialrichtung erstreckende, seitlich offene Haltenuten (16) entlang des Umfangs verteilt sind und in denen über die seitliche Haltenutöffnung (20) jeweils eine Laufschaufel (22) mit ihrem jeweiligen Schaufelfuß (24) eingesetzt ist,
wobei zur Sicherung jeder Laufschaufel (22) gegen eine Verschiebung entlang der Haltenut (16) zwischen Nutgrund (18) der Haltenut (16) und einer dem Nutgrund (18) mittelbar gegenüberliegenden Unterseite (26) des Schaufelfußes (24) ein plattenförmig Sicherungselement (28) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Sicherungselement (28) formschlüssig mit dem Nutgrund (18) in Eingriff ist.

2. Laufschaufelanordnung (10) nach Anspruch 1,
bei der das Sicherungselement (28) zwei Schenkel (30, 32) aufweist, welche an Stirnseiten des Schaufelfußes (24) anliegen.

3. Laufschaufelanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der im Nutgrund (18) der Haltenut (16) zumindest eine Ausnehmung (34) für den Formschluss vorgesehen ist.

4. Laufschaufelanordnung (10) nach Anspruch 3,
bei der das Sicherungselement (28) für jede Ausnehmung (34) ein zur betreffenden Ausnehmung (34) korrespondierendes Loch (36) aufweist, in denen jeweils ein Formelement (38) zur Bildung des Formschlusses sitzt.

5. Laufschaufelanordnung (10) nach Anspruch 4,
bei der das Formelement (38) als Passfeder ausgebildet ist.

6. Laufschaufelanordnung (10) nach Anspruch 3,
bei der das Sicherungselement (28) im Abschnitt, welcher der Ausnehmung (34) gegenüberliegt, eine Kontur aufweist, welche sich zumindest teilweise in die Ausnehmung (34) hinein erstreckt.

7. Laufschaufelanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei der der Rotorabschnitt (12) von einer Rotorscheibe oder von einem Wellenbund gebildet ist.

8. Axialverdichter mit einer Laufschaufelanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

Zeichnung