Leitschaufelanordnung, Leitschaufel und Verfahren zum Montieren einer Leitschaufel

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung und ein Verfahren zum Montieren einer Leitschaufel (110). Die Leitschaufelanordnung weist wenigstens eine Leitschaufel (110) mit einem radial inneren Zapfen (111) auf, der in eine Bohrung einer Buchse (3) eingreift. Die Buchse (3) ist in einer Bohrung eines Innenringsegments (2) angeordnet. Der Zapfen (111) ist mit der Buchse (3) drehfest verbunden und eine Gleitlagerung ist zwischen der Buchse und der Innenringbohrung vorgesehen. Zum Montieren der Leitschaufel in ein Innenringsegment (2) wird der Zapfen (111) der Leitschaufel (110) in die Bohrung der Buchse (3) eingeführt. Ferner erfolgt ein Drehfestlegen des Zapfens (111) mit der Buchse (3) und ein Gleitlagern der Buchse (3) mit dem Innenringsegment (2). Das Gleitlagern erfolgt vor oder gleichzeitig oder nach dem Drehfestlegen des Zapfens (111) mit der Buchse (3).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Leitschaufel für eine solche Leitschaufelanordnung und ein Verfahren zum Befestigen bzw. Montieren einer solchen Leitschaufel.

[0002] Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Mehrzahl von unterschiedlich ausgebildeten Turbomaschinen bekannt. Die Turbomaschinen weisen ein axial durchströmbares Gehäuse auf, an welchen wenigstens ein Leitrad befestigt ist, das eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Leitschaufeln aufweist. Die Leitschaufeln weisen an ihrem radial inneren Ende einen Endabschnitt auf, der mit einem Dichtungsträger lösbar verbunden sein kann. Der Dichtungsträger dient zum Abdichten eines Spalts zwischen der Leitschaufel, insbesondere dem Endabschnitt, und einem Rotor der Turbomaschine.

[0003] Leitschaufeln, die um deren Längsachse verstellt werden können, sind an ihrem radialen Ende mit einem Innenringsegment als Endabschnitt beweglich verbunden. Nach betriebsinterner Praxis ist ein radial inneres Ende der Leitschaufel, wie beispielsweise ein am Schaufelblatt vorgesehener Zapfen, in einer Buchse aufgenommen, die durch das Innenringsegment fixiert wird. Das Innenringsegment ist wiederum mit einem Dichtungsträgersegment lösbar verbunden. Die Fixierung der Leitschaufel in radialer Richtung in dem Innenringsegment muss derart erfolgen, dass sichergestellt ist, dass die Leitschaufel um die eigene Längsachse verstellt werden kann.

[0004] Aus der DE 10 2009 038 623 A1 ist eine Leitschaufel bekannt, die an ihrem radial inneren Ende ein Querlagerelement in Form einer Kugelscheibe aufweist. Zum Lagern der Leitschaufel an dem Innenringsegment wird die Kugelscheibe in eine in dem Innenringsegment vorgesehene Lageraufnahme eingebracht.

[0005] Nachteilig an der zuvor genannten Verbindung ist insbesondere, dass die Komponenten, die für die bewegliche Lagerung der Leitschaufel an dem Innenringsegment benötigt werden, viel Bauraum benötigen.

[0006] Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Turbomaschine mit wenigstens einer Leitschaufelanordnung bereitzustellen. Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, eine Leitschaufel bereitzustellen, die für die Fixierung bzw. Lagerung an dem Innenringsegment weniger Bauraum benötigt. Zusätzlich oder alternativ kann eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung darin bestehen, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem die Leitschaufel auf einfache Weise mit dem Innenringsegment verbunden werden kann.

[0007] Erfindungsgemäß ist eine Leitschaufelanordnung mit einer oder mehreren Leitschaufeln vorgesehen. Wenigstens eine Leitschaufel weist einen radial inneren Zapfen auf, der in eine Bohrung einer Buchse eingreift, welche in einer Bohrung eines Innenringsegments angeordnet ist. Der Zapfen kann sich von einem radial inneren Ende eines Schaufelblatts der Leitschaufel nach radial innen erstrecken. Zwischen dem Zapfen und der Buchse ist eine drehfeste Verbindung vorgesehen, zwischen der Buchse und der Bohrung des Innenringsegments eine Gleitlagerung in Drehrichtung um die Bohrungs- bzw. Verstellachse. In einer Ausführung weist das Innenringsegment in Umfangsrichtung mehrere Bohrungen auf, wobei wenigstens in zwei, insbesondere in den beiden in Umfangsrichtung äußeren bzw. stirnseitigen, Bohrungen Buchsen gleitgelagert sind, in deren Bohrungen Zapfen von Leitschaufeln eingreifen, die mit dieser Buchse drehfest verbunden sind. Die Zapfen einer oder mehrerer, insbesondere aller, weiteren Leitschaufeln des Innenringsegments können in gleicher Weise drehfest mit Buchsen verbunden sein, die in Bohrungen des Innenringsegments gleitgelagert sind. In einer anderen Ausführung sind die Zapfen einer oder mehrerer, insbesondere aller, weiteren, insbesondere in Umfangsrichtung inneren, Leitschaufeln des Innenringsegments in ihren Buchsen drehbar bzw. gleitgelagert, die ihrerseits in Bohrungen des Innenringsegments gleitgelagert sein können.

[0008] Als drehfeste Verbindung zwischen einem Zapfen und einer Buchse wird insbesondere eine Verbindung verstanden, bei der sich der Zapfen und die Buchse relativ zueinander, wenigstens im Wesentlichen bzw. makroskopisch, nicht verdrehen können. Die Gleitlagerung zwischen einer Buchse und einer Bohrung des Innenringsegments kann in einer Ausführung durch eine Spielpassung ausgebildet sein.

[0009] Eine derartige Leitschaufelanordnung kann den Vorteil aufweisen, dass durch die Verwendung der drehfesten Verbindung zwischen einem oder mehreren Zapfen und der jeweiligen Buchse und durch die Gleitlagerung zwischen dieser Buchse bzw. diesen Buchsen und der jeweiligen Bohrung des Innenringsegments der Zusammenbau der Leitschaufelanordnung, insbesondere der Einbau der Leitschaufel in das Innenringsegment, vereinfacht wird. Zusätzlich kann in einer Ausführung eine Fixierung der Leitschaufel in radialer Richtung erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Leitschaufelanordnung, insbesondere die Leitschaufel von dem Innenringsegment, auf einfachere Weise demontiert werden. Der Platzbedarf für die zur Fixierung benötigten Komponenten ist in einer Ausführung gering, so dass vorteilhaft auch eine Mehrzahl von Leitschaufeln mit demselben Innenringsegment gekoppelt werden können.

[0010] Ein weiterer Vorteil der zuvor genannten Leitschaufelanordnung kann darin bestehen, dass sich aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen wenigstens einer Leitschaufel und ihrer Buchse bei einer Verstellung der Leitschaufel um deren Längsachse sowohl die Leitschaufel als auch die Buchse drehen. Eine Drehung der Buchse bietet den Vorteil, dass Verschleiß hauptsächlich an der Buchse und nicht wie aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen an dem Zapfen der Leitschaufel auftritt. Somit muss bei einer Wartung der Turbomaschine nur die Buchse und nicht mehr die komplette Leitschaufel ausgetauscht werden. Ferner vergrößert sich aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem Zapfen der Leitschaufel und der Buchse vorteilhaft die Stützweite der Lagerung.

[0011] In einer bevorzugten Ausführung kann der Zapfen ein Außengewinde und die Buchse ein damit verschraubtes bzw. verschraubbares Innengewinde aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen dem Zapfen und der Buchse eine Gewindehülse angeordnet sein, die mit dem Zapfen und/oder der Buchse drehfest verbunden sein kann. Der Zapfen kann mit der Gewindehülse durch eine Schraubverbindung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Buchse mit der Gewindehülse durch eine Schraubverbindung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Zapfen ein Außengewinde aufweisen, welches mit einem Innengewinde einer Schraubenmutter verschraubbar bzw. verschraubt ist. Die Schraubenmutter kann sich, insbesondere in einem mit dem Zapfen verschraubten Zustand, gegen die Buchse abstützen. Ferner kann die Schraubenmutter an der von dem Schaufelblatt der Leitschaufel abgewandten Seite der Buchse angeordnet sein.

[0012] Ein Vorteil der zuvor genannten Verbindungsmöglichkeiten kann darin bestehen, dass die Leitschaufel auf einfache Weise mit dem Innenringsegment, insbesondere der Buchse, drehfest verbunden werden kann.

[0013] Eine Schraubensicherung kann zum Sichern der Schraubverbindung vorgesehen sein. Die Schraubensicherung verhindert ein Lösen der Schraubverbindung zwischen der Leitschaufel und dem Innenringsegment. Somit wird durch die Schraubensicherung eine sichere Verbindung zwischen der Leitschaufel und dem Innenringsegment gewährleistet. Die Schraubensicherung kann in einer Ausführung eine Splintsicherung und/oder eine Stiftsicherung und/oder eine Sprengringsicherung und/oder einen Sicherungsdraht aufweisen.

[0014] Das Innenringsegment kann mit einem Dichtungsträgersegment lösbar, insbesondere durch eine Formschlussverbindung, verbunden sein. Ferner kann das Innenringsegment mit wenigstens einer Leitschaufel gekoppelt sein. Das Dichtungsträgersegment kann ein Dichtungsmittel aufweisen, das sich vom Dichtungsträgersegment in eine von dem Innenringsegment abgewandte Richtung erstreckt. Das Dichtungsträgersegment, insbesondere das Dichtungsmittel, dient zum Abdichten eines Spalts zwischen der Leitschaufel, insbesondere dem Innenträgersegment, und einem Rotor der Turbomaschine.

[0015] Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Leitschaufel vorgesehen, die einen Zapfen mit einem Außengewinde aufweist. Der Zapfen kann von dem radial inneren Ende des Schaufelblatts vorstehen. Insbesondere kann der Zapfen in die Bohrung der Buchse, die in der Bohrung des Innenringsegments angeordnet ist, eingeführt werden.

[0016] Die zuvor beschriebene Leitschaufelanordnung oder Leitschaufel kann in einer Gasturbine, insbesondere einem Flugtriebwerk, mit wenigstens einer Verdichter- und/oder Turbinenstufe verwendet werden. Der Einsatz der Leitschaufelanordnung oder Leitschaufel ist jedoch nicht auf die Gasturbine und das Flugtriebwerk beschränkt, sondern kann auch in anderen Turbomaschinen eingesetzt werden.

[0017] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erfolgt das Montieren wenigstens einer Leitschaufel in ein Innenringsegment wie folgt: Der Zapfen der Leitschaufel wird in die Bohrung der Buchse eingeführt, die in einer Ausführung bereits in der Bohrung des Innenringsegments angeordnet ist. In einer anderen Ausführung wird zunächst der Zapfen der Leitschaufel in die Bohrung der Buchse eingeführt, die anschließend in der Bohrung des Innenringsegments angeordnet wird. Gleichermaßen kann das Einführen des Zapfens in die Buchse und der Buchse in das Innenringsegment auch, wenigstens im Wesentlichen, zusammen durchgeführt werden.

[0018] Der Zapfen wird mit der Buchse drehfestgelegt. Die Drehfestlegung kann insbesondere durch eine Schraubverbindung bzw. ein Verschrauben erfolgen. Die Buchse wird mit dem Innenringsegment gleitgelagert. Die Gleitlagerung der Buchse mit dem Innenringsegment kann, wie vorstehend ausgeführt, vor oder gleichzeitig oder nach dem Drehfestlegen des Zapfens mit der Buchse erfolgen. Infolge der Gleitlagerung ist eine Relativbewegung, insbesondere Relativdrehung, zwischen der Buchse und dem Innenringsegment möglich. Eine Demontage kann in einer Ausführung in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.

[0019] Durch das zuvor beschriebene Verfahren ist eine Montage und/oder Demontage der Leitschaufel auf einfache und schnelle Weise möglich.

[0020] Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel. Hierzu zeigen:

Fig. 1:

eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Verbindung einer Leitschaufel mit einem Innenringsegment einer Turbomaschine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2:

eine Seitenschnittansicht einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Leitschaufeln der Turbomaschine der Fig. 1,

Fig. 3

eine Seitenschnittansicht der Verbindung der Leitschaufel mit dem Innenringsegment der Turbomaschine der Fig. 1 mit einer Schraubensicherung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4:

eine Seitenschnittansicht der Verbindung der Leitschaufel mit dem Innenringsegment der Turbomaschine der Fig. 1 mit einer Schraubensicherung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 5:

eine Seitenschnittansicht der Verbindung der Leitschaufel mit dem Innenringsegment der Turbomaschine der Fig. 1 mit einer Schraubensicherung gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.

[0021] Eine im Übrigen nicht dargestellte Turbomaschine weist mehrere in axialer Richtung der Turbomaschine versetzt zueinander angeordnete Laufräder und Leiträder auf. Die Leiträder sind entlang der axialen Richtung der Turbomaschine jeweils zwischen zwei Laufrädern angeordnet und weisen in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Leitschaufeln 110 auf.

[0022] Bei den in Figur 1, 2 dargestellten Leitschaufeln 110 handelt es sich um solche, die um ihre Längsachse verstellbar sind. Die Leitschaufeln 110 sind an ihrem radial inneren Ende mit einem Innenringsegment 2 verbunden. An dem radial inneren Ende des Innenringsegments 2 steht ein Flansch 30 der Buchse 3 in radialer Richtung von dem Innenringsegment 2 vor. Das dargestellte Innenringsegment 2 ist Bestandteil eines Innenrings, der sich aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Innenringsegmenten 2 zusammensetzt.

[0023] Fig. 2 zeigt eine Seitenschnittansicht einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbarter Leitschaufeln 110. Dabei weist jede Leitschaufel 110 ein Schaufelblatt auf, das an dem radial inneren Ende einen Zapfen 111 besitzt. Der Zapfen 111 steht von dem Schaufelblatt in radialer Richtung vor und greift in eine Bohrung einer Buchse 3 ein. Die Buchsen 3 sind in Bohrungen des Innenringsegments 2 angeordnet.

[0024] Die Zapfen 111 der in Umfangsrichtung äußeren Leitschaufeln (links, rechts in Fig. 2) weisen jeweils ein Außengewinde auf, das mit einem Innengewinde der jeweiligen Buchse 3 in Eingriff steht. Die Buchsen 3 sind in Bohrungen des Innenringsegments 2 gleitgelagert. Dies bedeutet, dass sich die Buchsen 3 relativ zu dem Innenringsegment 2 drehen können. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass keine Relativbewegung zwischen den in Umfangsrichtung äußeren Buchsen 3 und den in Umfangsrichtung äußeren Leitschaufeln 110, insbesondere deren Zapfen 111, möglich ist.

[0025] Die Zapfen 111 der übrigen bzw. in Umfangsrichtung inneren Leitschaufeln (zweite bis siebte Leitschaufel in Fig. 2) weisen kein Außengewinde auf, sondern sind in den Bohrungen der jeweiligen Buchse 3 gleitgelagert. Diese Buchsen 3 sind ihrerseits in Bohrungen des Innenringsegments 2 gleitgelagert oder drehfestgelegt. Gleichermaßen können auch diese Zapfen 111 in den Bohrungen der jeweiligen Buchse 3 drehfestgelegt sein, die ihrerseits in Bohrungen des Innenringsegments 2 gleitgelagert sind.

[0026] Das Innenringsegment 2 ist mit einem Dichtungsträgersegment 4 verbunden. Das Dichtungsträgersegment 4 ist Bestandteil eines Dichtungsträgers, der eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung benachbarten Dichtungsträgersegmenten 4 aufweist.

[0027] Ferner können (alternativ dazu oder in Kombination) nur die beiden äußeren Zapfen 111 eines Innenringsegmentes mit den Buchsen 3 verschraubt sein. Die Verschraubung kann per Splint 33 gegen eine Aufdrehen gesichert sein.

[0028] In Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung einer Verbindung einer in Umfangsrichtung äußeren Leitschaufel 110 mit dem Innenringsegment 2 dargestellt. Das Dichtungsträgersegment 4 weist einen Boden auf, von dem sich ein Dichtungsmittel 40 in eine von dem Innenringsegment 2 entfernte Richtung erstreckt. Ferner erstrecken sich von dem Dichtungsträgersegment 4 zwei Flanken, die an ihrem jeweiligen von dem Boden des Dichtungsträgersegments 4 entfernten Ende über eine Formschlussverbindung mit dem Innenringsegment 2 lösbar verbunden sind.

[0029] Der Flansch 30 der Buchse 3 ragt aus dem Innenringsegment 2 vor und steht quer zu einer Längsachse der Buchse 3. An dem von dem Flansch 30 entfernten Ende der Buchse ist ein Gleitring 5 vorgesehen, der zwischen der Buchse 3 und dem Schaufelblatt der Leitschaufel 110 angeordnet ist.

[0030] Eine Schraubensicherung ist vorgesehen, um ein Aufdrehen der Schraubverbindung zwischen dem Zapfen 111 und der Buchse 3 zu verhindern. Somit dient die Schraubensicherung zum Verhindern einer Relativbewegung zwischen dem Zapfen 111 und der Buchse 3. Die in Figur 3 dargestellte Schraubensicherung gemäß einer ersten Ausführung entspricht einer Splintsicherung. Zur Realisierung der Splintsicherung ist in der Buchse 3, dem Zapfen 111 und einem Teil des Innenringsegments 2 eine Aussparung vorgesehen, in bzw. durch die ein Splint 33 eingeführt werden kann, um die zuvor genannte Sicherung zu realisieren.

[0031] In Figur 4 wird eine Schraubensicherung gemäß einer zweiten Ausführung dargestellt. Die Schraubensicherung weist einen Sicherungsstift 7 auf, der in einen Zwischenraum zwischen dem Zapfen 111 und der Buchse 3 eingefügt wird.

[0032] In Figur 5 wird eine Schraubensicherung gemäß einer dritten Ausführung dargestellt. In dieser weist die Schraubensicherung einen Sicherungsdraht 8 auf. Der Sicherungsdraht 8 ist in Aufnahmen in der Buchse 3 angeordnet und mit dem Zapfen 111 gekoppelt.

Bezugszeichenliste

[0033] 

1

Turbomaschine

2

Innenringsegment

3

Buchse

4

Dichtungsträgersegment

5

Gleitring

7

Sicherungsstift

8

Sicherungsdraht

10

Laufräder

11

Leiträder

110

Leitschaufeln

111

Zapfen

30

Flansch

33

Splint

40

Dichtungsmittel

Ansprüche

1. Leitschaufelanordnung mit wenigstens einer Leitschaufel (110) mit einem radial inneren Zapfen (111), der in eine Bohrung einer Buchse (3) eingreift, welche in einer Bohrung eines Innenringsegments (2) angeordnet ist, wobei eine drehfeste Verbindung zwischen dem Zapfen (111) und der Buchse (3) und eine Gleitlagerung zwischen der Buchse (3) und der Bohrung des Innenringsegments (2) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (111) ein Außengewinde und die Buchse (3) ein damit verschraubtes Innengewinde aufweist.

2. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zapfen (111) und der Buchse (3) eine Gewindehülse angeordnet und der Zapfen (111) und die Buchse (3) mit der Gewindehülse verbunden sind.

3. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (111) ein Außengewinde aufweist, welches mit einem Innengewinde einer Schraubenmutter verschraubt ist.

4. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schraubensicherung zum Sichern der Schraubverbindung.

5. Leitschaufelanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubensicherung eine Splintsicherung (33) und/oder Stiftsicherung (7) und/oder Sprengringsicherung und/oder einen Sicherungsdraht (8) aufweist.

6. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenringsegment (2) mit einem Dichtungsträgersegment (4) lösbar verbunden ist.

7. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere, in Umfangsrichtung beabstandete, insbesondere in Umfangsrichtung äußere Leitschaufel (110) mit einem weiteren radial inneren Zapfen (111), der in eine weitere Bohrung einer Buchse (3) eingreift, welche in einer weiteren Bohrung eines Innenringsegments (2) angeordnet ist, wobei der weitere Zapfen (111) und die weitere Buchse (3) drehfest verbunden sind und die weitere Buchse (3) in der weiteren Bohrung des Innenringsegments (2) gleitgelagert ist.

8. Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine weitere, in Umfangsrichtung benachbarte, insbesondere in Umfangsrichtung innere, Leitschaufel (110) mit einem weiteren radial inneren Zapfen (111), der in eine weitere Bohrung einer Buchse (3) eingreift, welche in einer weiteren Bohrung eines Innenringsegments (2) angeordnet ist, wobei der weitere Zapfen (111) in der weiteren Buchse (3) und/oder die weitere Buchse (3) in der weiteren Bohrung des Innenringsegments (2) gleitgelagert ist.

9. Leitschaufel (110) mit einem Zapfen (111) mit einem Außengewinde für eine Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

10. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit wenigstens einer Verdichter- und/oder Turbinenstufe mit einer Leitschaufelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder einer Leitschaufel (110) nach Anspruch 9.

11. Verfahren zum Befestigen einer Leitschaufel (110) nach dem Anspruch 9, an einem Innenringsegment (2), gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Einführen eines Zapfens (111) der Leitschaufel (110) in eine Bohrung einer Buchse (3),

- vorab, gleichzeitig oder anschließend Anordnen der Buchse in einer Bohrung des Innenringsegments (2), und

- vorab, gleichzeitig oder anschließend Drehfestlegen des Zapfens (111) mit der Buchse (3).

Zeichnung