[0001] Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine, aufweisend
mehrere verstellbare Leitschaufeln, deren Leitschaufelplattform einen Leitschaufelzapfen
aufweist, welcher in einer Aufnahmeöffnung eines Gehäuses der Strömungsmaschine gelagert
ist, und ein Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung.
[0002] Eine Strömungsmaschine umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine,
die in Strömungsrichtung in Reihe angeordnet sind. Luft tritt in die Strömungsmaschine
ein und wird im Verdichter unter Druck gesetzt. Die Druckluft wird dann in der Brennkammer
mit Brennstoff vermischt. Heiße Verbrennungsgase werden erzeugt, wenn das Gemisch
aus Druckluft und Brennstoff anschließend in der Brennkammer verbrannt wird. Die heißen
Verbrennungsgase strömen stromabwärts zur Turbine, die den Verbrennungsgasen Energie
entzieht, um den Verdichter anzutreiben.
[0003] Sowohl der Verdichter als auch die Turbine einer Strömungsmaschine umfassen üblicherweise
mehrere Stufen, wobei jede Stufe eine Reihe stationärer Leitschaufeln und eine Reihe
rotierender Laufschaufeln aufweist. Die stationären Leitschaufeln lenken den Gasstrom
dabei so, dass er die rotierenden Laufschaufeln in einem vorgesehenen Winkel anströmt.
Zum Anpassen des Anströmwinkels können die Leitschaufeln um ihre Längsachse verstellbar
ausgeführt sein. Solche Leitschaufeln sind typischerweise an ihrem radial inneren
Ende an einem stationären Innenring gelagert, wodurch eine Speichenzentrierung der
Anordnung hergestellt wird. Hierdurch entsteht ein Freiheitsgrad des Innenringes relativ
zu dem Rotor der Strömungsmaschine, wodurch ein notwendiges Spiel zwischen diesen
Komponenten der Strömungsmaschine entsteht. Die radial äußeren Enden der verstellbaren
Leitschaufeln sind dabei üblicherweise um ihre insbesondere radial ausgerichtete Längsachse
drehbar am Gehäuse der Strömungsmaschine gelagert. Da am Innenring typischerweise
mehrere Komponenten in einem engen Bauraum verbaut sind, sind mitunter aufwendige
Innenringkonstruktionen erforderlich, welche die Stabilität bzw. Eigensteifigkeit
des Innenrings und damit auch eine Kontinuität eines Dichtspalts der Strömungsmaschine
beeinträchtigen.
[0004] Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine und eine verbesserte Strömungsmaschine
bereitzustellen. Ferner soll ein verbessertes Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung
und zur Montage einer Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine zur Verfügung gestellt
werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0005] Zur Lösung der Aufgabe wird eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine mit
mehreren verstellbaren Leitschaufeln vorgeschlagen. Die Leitschaufelplattform einer
Leitschaufel weist einen Leitschaufelzapfen auf, welcher in einer, insbesondere radial
zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung eines Gehäuses
der Strömungsmaschine gelagert ist. Ein Leitschaufelkopf der Leitschaufel weist einen
Lagerzapfen auf, der an einem Innenring gelagert ist, welcher an einem Rotor der Strömungsmaschine
angeordnet ist. Dabei ist jede Leitschaufel mittels jeweils einer in der Aufnahmeöffnung
angeordneten Abstützeinrichtung gegen das Gehäuse abgestützt. Die Abstützeinrichtung
weist wenigstens ein erstes Abstützelement und wenigstens ein zweites Abstützelement
auf, wobei das erste Abstützelement mittels des zweiten Abstützelement innerhalb der
Aufnahmeöffnung radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine an dem Gehäuse abgestützt
ist.
[0006] Durch die Abstützeinrichtung wird eine Relativbewegung der Leitschaufeln zu dem Gehäuse,
insbesondere in einer Längsrichtung der Leitschaufel, und insbesondere von mehreren
Leitschaufeln zueinander, reduziert, insbesondere verhindert. Somit kann eine durch
eine Relativbewegung der Leitschaufel(n) hervorgerufene Belastung des Innenrings verringert
werden, wodurch einerseits ein vereinfachter Aufbau des Innenrings ermöglicht und
andererseits eine Montage der Leitschaufelanordnung durch eine vereinfachte Bauweise
des Innenrings erleichtert wird.
[0007] Die Abstützelemente können dabei derart ausgebildet sein und/ oder in der Aufnahmeöffnung
angeordnet sein, dass sie eine Abstützeinrichtung ausbilden bzw. die Leitschaufel
gegen das Gehäuse abstützen. Beispielsweise können das erste Abstützelement und das
zweite Abstützelement derart ausgebildet sein bzw. zusammenwirken, dass sie, insbesondere
jeweils, den Leitschaufelzapfen radial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig,
umschließen.
[0008] Dabei können das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement aneinander anliegen.
Insbesondere sind beide Abstützelemente ausgebildet, auch in axialer und/ oder Umfangsrichtung
an dem Gehäuse bzw. am inneren Umfang der Aufnahmeöffnung anzuliegen, um die Leitschaufel
bzw. den Leitschaufelzapfen und/ oder die Leitschaufelplattform abzustützen. Die Abstützelemente
können dabei einzeln und/ oder unabhängig voneinander in die Aufnahmeöffnung einbringbar
sein, wodurch eine Montage der Leitschaufelanordnung weiter vereinfacht wird.
[0009] Eine Strömungsmaschine weist ein axial durchströmbares Gehäuse (Stator) auf, an dem
mehrere Leitschaufeln, insbesondere eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart
angeordneten Leitschaufeln radial zu einer Drehachse der Strömungsmaschine insbesondere
speichenzentriert angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das
Gehäuse auch insbesondere umlaufend einstückig ausgeführt sein, wodurch eine gleichmäßigere
Thermaldehnung des Gehäuses, und so ein verbessertes Spaltverhalten zwischen Rotor
und Stator ermöglicht wird.
[0010] Die sich insbesondere radial zu einer Drehachse der Strömungsmaschine erstreckende
Leitschaufel weist an ihrer dem Rotor der Strömungsmaschine zugewandten Seite den
Leitschaufelkopf auf, welcher am Innenring gelagert ist. Der Leitschaufelkopf weist
hierzu einen Lagerzapfen auf, der von einem insbesondere umfangsseitig am Innenring
angeordneten Lagersitz aufgenommen und in diesem drehbar gehalten ist. Der Innenring
ist eingerichtet, den Rotor koaxial zu umgeben und eingerichtet, die Leitschaufeln
der Leitschaufelanordnung miteinander zu verbinden, um die Leitschaufelanordnung zu
stabilisieren und ein geeignetes Schwingungsverhalten der Leitschaufelanordnung herzustellen.
Am Innenring ist eine Dichtungseinrichtung angeordnet, welche zum Abdichten eines
Dichtspalts dient, der zwischen dem Innenring und den gegenüberliegend am Rotor angeordneten
Umfangsflächen gebildet ist. Hierbei kann der Innenring an seiner dem Rotor zugewandten
radialen Innenfläche beispielsweise einen radial äußeren Teil einer Labyrinthdichtung
aufweisen, der mit einem zweiten an der gegenüberliegenden radialen Außenfläche des
Rotors angeordneten radial inneren Teil eine Labyrinthdichtung ausbildet.
[0011] Zur Verstellung kann die Leitschaufel insbesondere an einem gehäuseaußenseitig angeordneten
Ende des Leitschaufelzapfens mit einem Verstellmechanismus und insbesondere einem
Verstellhebel verbunden sein. Mittels des Verstellmechanismus kann die Leitschaufel,
insbesondere in einem vorbestimmten Winkel, um ihre Verstellachse drehbar sein.
[0012] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung
einer Strömungsmaschine angegeben, umfassend die folgenden Schritte:
- Anordnen eines ersten Abstützelements um einen an einer Leitschaufelplattform einer
Leitschaufel angeordneten Leitschaufelzapfen;
- Führen des Leitschaufelzapfens in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine
angeordnete Aufnahmeöffnung eines Gehäuses;
- Bereitstellen eines Innenrings an einem Rotor der Strömungsmaschine;
- Führen des Leitschaufelzapfens aus der Aufnahmeöffnung bis ein an einem Leitschaufelkopf
der Leitschaufel angeordneter Lagerzapfen in einen am Innenring angeordneten Lagersitz
eingreift;
- Anordnen eines zweiten Abstützelements in der Aufnahmeöffnung, so dass die Leitschaufel
in radialer Richtung der Strömungsmaschine gegen das Gehäuse abgestützt wird.
[0013] Durch das radiale Führen der Leitschaufel in der Aufnahmeöffnung wird die Montage
der Leitschaufelanordnung vereinfacht, damit der Bauraum in der Strömungsmaschine
besser genutzt und der Aufbau des Innenrings vereinfacht werden kann. Darüber hinaus
ist es durch das vorgeschlagene Verfahren auch möglich, die Leitschaufelanordnung
in einem einteilig ausgeführten Gehäuse anzuordnen, wodurch die Strömungsmaschine
leichter und kostengünstiger gestaltet werden kann.
[0014] Da die Leitschaufelanordnung rotationssymmetrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet
ist, kann die Montage der Leitschaufeln am Innenring radial um den Rotor herum erfolgen.
Ferner kann der Innenring aufgrund der Nutzung eines gehäuseseitigen Montageraums
zur Abstützung der Leitschaufeln einfacher ausgebildet werden. Dieser kann bei einer
erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung beispielsweise als geschlossener, insbesondere
einstückiger Ring ausgebildet sein oder sich beispielsweise aus zwei Halbringen zusammensetzen,
wodurch die Anzahl der zu montierenden Komponenten reduziert werden kann. Insbesondere
ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine Reduzierung der Komplexität der Gestaltung
des Innenrings und damit auch eine kostengünstigere Herstellung und Montage des Innenrings
sowie weiterer Komponenten der Strömungsmaschine.
[0015] Die vorgeschlagene Lösung beruht unter anderem auf der Idee, eine Leitschaufel an
ihrem gehäuseseitigen Ende so abzustützen, dass die Leitschaufelanordnung eine ausreichende
Stabilität aufweisen kann, um den Aufbau des Innenrings einfacher zu gestalten. Es
wird hierzu vorgeschlagen, jede Aufnahmeöffnung zu nutzen, um eine jeweilige ihr zugeordnete
Leitschaufel einzeln in dieser abzustützen.
[0016] Die Aufnahmeöffnung erstreckt sich dabei von einem inneren Umfang des Gehäuses durchgehend
bis zu einem äußeren Umfang des Gehäuses der Strömungsmaschine. Dabei kann eine Aufnahmeöffnung
jeweils rotationssymmetrisch um eine Radiale der Strömungsmaschine ausgebildet und
von Gehäuse der Strömungsmaschine begrenzt sein. Die Abstützeinrichtung kann dabei
ausgebildet sein, die Aufnahmeöffnung bzw. einen Raum zwischen dem Leitschaufelzapfen
und der Aufnahmeöffnung, wenigstens bereichs- oder abschnittsweise im Wesentlichen
vollständig auszufüllen, um eine Abstützung der Leitschaufel zu ermöglichen. Insbesondere
ist die Abstützeinrichtung eingerichtet, den Leitschaufelzapfen, insbesondere axial,
wenigstens teilweise zu umgreifen, um die Leitschaufel insbesondere auch in axialer
Richtung des Leitschaufelzapfens abzustützen. Auf diese Weise wird die Leitschaufel
insbesondere im Wesentlichen spielfrei gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Dabei ist
die Abstützeinrichtung insbesondere auch eingerichtet, radial zum Leitschaufelzapfen
wenigstens teilweise am Gehäuse anzuliegen, um eine Krafteinleitung in radialer Richtung
des Leitschaufelzapfens über die Abstützeinrichtung in das Gehäuse zu ermöglichen.
[0017] Die vorgeschlagene Leitschaufelanordnung bzw. das vorgeschlagene Verfahren zur Montage
einer Leitschaufelanordnung ermöglicht es bei der Montage der Leitschaufeln an dem
Innenring einen durch die Aufnahmeöffnung am Gehäuse geschaffenen Freiheitsgrad zu
nutzen, wodurch die Bereitstellung und Zugänglichkeit von Bauteilen, insbesondere
der Leitschaufelanordnung, verbessert wird. Hierdurch kann auch der Innenring vereinfacht
aufgebaut und montiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die vorgeschlagene Leitschaufelanordnung
und deren vereinfachte Montage eine Ausführung des Gehäuses und/ oder des Innenrings
der Strömungsmaschine als ungeteilte Bauteile. Durch den zusätzlichen Wegfall von
Verbindungskomponenten für das Gehäuse bzw. den Innenring wird ferner eine Gewichtsreduktion
und ein grundsätzlich kostengünstigerer Aufbau der Strömungsmaschine ermöglicht.
[0018] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist der Innenring einstückig
bzw. einteilig oder segmentiert ausgebildet. Ein einstückiger bzw. einteiliger Innenring
im Sinne der Offenbarung ist als ein den Rotor vollständig umgreifender Ring ausgebildet,
der axial um den Rotor der Strömungsmaschine aufschiebbar bzw. aufgeschoben ist. Insbesondere
umfangsseitig weist der Innenring eine Anzahl insbesondere radial zur Strömungsmaschine
ausgerichteter Lagersitze auf, welche eingerichtet sind, jeweils einen Lagerzapfen
einer Leitschaufel aufzunehmen.
[0019] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann der Innenring auch als Halbring
ausgebildet sein. Ein Halbring im Sinne der Offenbarung beschreibt einen Halbkreisbogen
und ist insbesondere als ein Kreisbogen mit einem Innendurchmesser und einem hierzu
koaxial angeordneten Außendurchmesser, aufweisend einen Mittelpunktswinkel von 180°
über dem Innen- und/ oder Außendurchmesser ausgebildet. Insbesondere ist der Innenring
der Leitschaufelanordnung aus zwei Halbringen gebildet, die einander zu einem umlaufenden
Ring ergänzen, welcher eingerichtet ist, den Rotor koaxial vollständig zu umschließen.
Durch eine solche Ausführung des Innenrings kann die Stabilität des Innenrings und/
oder der Leitschaufelanordnung erhöht werden, wodurch auch eine Abdichtung eines umlaufenden
Dichtspalts der Strömungsmaschine stabilisiert und damit verbessert werden kann.
[0020] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das Gehäuse insbesondere
umlaufend einteilig ausgebildet. Hierdurch kann eine Luftdichtheit des Gehäuses und
damit der Strömungsmaschine verbessert werden. Ferner resultiert aus dem zusätzlichen
Material der Flanschflächen ein ungleiches thermisches Verhalten über den Umfang des
Gehäuses, welches die Radialspalte zwischen Rotor und Stator ungünstig beeinflussen
kann. Darüber hinaus weist ein einteiliges Gehäuse eine einfachere Konstruktion auf,
so dass dieses auch kostengünstiger herstellbar ist, insbesondere auch, da zum Verbinden
mehrerer Gehäuseteile erforderliche Befestigungselemente wie Muttern und Schrauben
entfallen können. Bei anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse aus zwei halbringförmigen
Gehäuseteilen zusammengesetzt werden.
[0021] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann die Abstützeinrichtung ausgebildet
sein, eine Verstellachse der Leitschaufel in der Aufnahmeöffnung zu zentrieren. Hierzu
kann die Abstützeinrichtung eingerichtet sein, die Leitschaufel zusätzlich zu einer
Abstützung in radialer Richtung auch axial und/ oder in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine
insbesondere gegenüber deren Gehäuse vorzusehen. Durch eine Zentrierung der Leitschaufeln
kann auch ein Verschleiß des Leitschaufelzapfens reduziert werden.
[0022] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist die Aufnahmeöffnung an ihrem
radial inneren Endbereich kreisförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser auf,
der im Wesentlichen einem Durchmesser der Leitschaufelplattform entspricht. Die Leitschaufelplattform
weist dabei insbesondere senkrecht zu einer Verstellachse der Leitschaufel eine im
Wesentlichen kreisförmige Außenkontur auf, um eine Drehung um die Verstellachse zu
ermöglichen. Hierdurch kann die Leitschaufelplattform drehbar in dem Gehäuse bzw.
der Aufnahmeöffnung aufgenommen und gehalten werden, wobei gleichzeitig eine Abstützung
in radialer Richtung der Leitschaufelplattform bereitgestellt werden kann. Darüber
hinaus kann durch den vorgeschlagenen Aufbau, welcher eine Abstützeinrichtung in der
Aufnahmeöffnung bzw. zwischen dem Leitschaufelzapfen und dem Gehäuse vorsieht, die
insbesondere um ein der Leitschaufelplattform zugewandtes Ende eines Leitschaufelzapfens
angeordnet ist, die Schwingungsresistenz der Leitschaufel(n) und somit auch der Leitschaufelanordnung
verbessert werden.
[0023] Bei einigen Ausführungsformen kann die Aufnahmeöffnung in ihrem zur Strömungsmaschine
radialen Verlauf wenigstens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei ein
radial äußerer Durchmesser kleiner ausgebildet sein kann als ein radial innen liegender
Durchmesser. Durch die unterschiedlichen Durchmesser kann ein Anschlag für den Leitschaufelzapfen,
die Leitschaufelplattform und/ oder ein daran angeordnetes Abstützelement ausgebildet
werden, sodass die Leitschaufel in ihrer Bewegung während der Montage, nach radial
außen blockiert ist.
[0024] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung sind wenigstens zwei benachbarte
Aufnahmeöffnungen an ihrem radial inneren Bereich mittels einer Verbindungsöffnung
derart miteinander verbunden, dass die Leitschaufel abschnittsweise, insbesondere
temporär, in der Verbindungsöffnung aufnehmbar ist. Hierdurch kann die Leitschaufel
bei der Montage weiter in Richtung des Gehäuses verlagert werden, um einen verfügbaren
Bauraum zum Anordnen des Innenrings vergrößern zu können. Dabei kann die jeweilige
Leitschaufel beim Einführen in die Aufnahmeöffnung derart gedreht bzw. angeordnet
werden, dass ihr Schaufelblatt in einer Umfangsrichtung der Strömungsmaschine ausgerichtet
ist, um in der Verbindungsöffnung aufgenommen werden zu können.
[0025] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist die Abstützeinrichtung eingerichtet,
wenigstens eine Drehlagerbuchse für die Leitschaufel bzw. den Leitschaufelzapfen zu
lagern. Eine Drehlagerbuchse kann dabei beispielsweise ein Radiallager, ein Querlager
bzw. ein radiales Gleitlager, eine Gleitbuchse und/ oder eine Bundbuchse sein, welches
insbesondere zwei Freiheitsgrade in radialer Richtung seines kreisförmigen Querschnitts
unterbindet. Bei einigen Ausführungsformen ist zwischen der im Gehäuse ausgebildeten
Aufnahmeöffnung und dem Leitschaufelzapfen eine Lagerbuchse angeordnet, welche den
Leitschaufelzapfen insbesondere um eine Achse des Leitschaufelzapfens drehbar lagert
und so eine Verstellbarkeit der Leitschaufel ermöglicht. Zudem kann zwischen der Leitschaufelplattform
und der Abstützeinrichtung auch eine in axialer Richtung wirkende Gleitbuchse angeordnet
sein, welche eingerichtet ist, eine Drehbewegung der Leitschaufel, insbesondere der
Leitschaufelplattform, gegenüber der Abstützeinrichtung zu ermöglichen. Hierbei kann
die Drehlagerbuchse eine Komponente der Abstützeinrichtung, insbesondere das erste
und/ oder zweite Abstützelement, ausbilden bzw. sein.
[0026] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist die Abstützeinrichtung mittels
eines Sicherungselements an der Aufnahmeöffnung des Gehäuses arretiert. Bei einigen
Ausführungsformen kann die Aufnahmeöffnung insbesondere in ihrem in Längsrichtung
der Leitschaufelplattform abgewandten Bereich eine Aufnahmenut für das Sicherungselement
aufweisen. Dabei kann das Sicherungselement beispielsweise das zweite Abstützelement
ausbilden und/ oder ein Teil der Abstützeinrichtung sein. Insbesondere ist das erste
Abstützelement und/ oder die Abstützeinrichtung derart mittels des Sicherungselements
arretiert bzw. fixiert, dass es, insbesondere im Betrieb, in radialer Richtung der
Strömungsmaschine fest in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Beispielsweise kann
ein als Sicherungsring ausgebildetes Sicherungselement an oder in einer geeignet ausgebildeten
Nut bzw. einer Wandung der Aufnahmeöffnung angeordnet sein oder werden und so das
erste Abstützelement bzw. die Abstützeinrichtung in Position halten. Das Sicherungselement
und die Aufnahmeöffnung bzw. deren Nut können beispielsweise korrespondierend zueinander
ausgebildet sein, sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen Sicherungselement
und Aufnahmeöffnung ausgebildet werden kann. Hierdurch kann eine zusätzliche Fixierung
insbesondere eines ersten Abstützelements bzw. der Abstützeinrichtung entfallen, wodurch
eine Montage der Leitschaufelanordnung vereinfacht wird.
[0027] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung weist der Leitschaufelzapfen
an seinem der Leitschaufelplattform abgewandten Bereich eine Montagenut auf. Die Montagenut
kann eingerichtet sein, einen Angriffspunkt für ein Werkzeug zu bilden, sodass der
Leitschaufelzapfen bzw. die Leitschaufel mittels des Werkzeugs in der Aufnahmeöffnung
bewegt werden kann. Hierdurch kann beispielsweise eine Demontage der Leitschaufelanordnung
vereinfacht werden.
[0028] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das zweite Abstützelement
eine Gleitbuchse für den Leitschaufelzapfen. Dabei kann die Gleitbuchse eingerichtet
sein, den Leitschaufelzapfen gegenüber der im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnung
um eine Achse des Leitschaufelzapfens drehbar zu lagern und so eine Verstellbarkeit
der Leitschaufel zu ermöglichen. Die Gleitbuchse kann dabei derart in der Aufnahmeöffnung
angeordnet und insbesondere mittels des bzw. eines Sicherungselements an oder in der
Aufnahmeöffnung des Gehäuses arretiert sein, dass sie das erste Abstützelement in
einer radialen Richtung abstützt. Dabei kann die Gleitbuchse wenigstens teilweise
bzw. abschnittsweise in einen Bereich der Aufnahmeöffnung mit einem vergrößerten Durchmesser
reichen.
[0029] Bei einer Ausführungsform weist das erste Abstützelement wenigstens ein Distanzelement
auf, welches eingerichtet ist, wenigstens eine Bundbuchse für die Leitschaufelplattform
zu lagern bzw. die Bundbuchse an der Leitschaufelplattform zu lagern. Hierbei kann
das Distanzelement eingerichtet sein, um den Leitschaufelzapfen und/oder um die Leitschaufelplattform
herum angeordnet zu werden. Dabei kann das Distanzelement eingerichtet sein, den Leitschaufelzapfen
wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, zu umgreifen und diesen insbesondere
gegenüber einem vergrößerten Durchmesser der Aufnahmeöffnung abzustützen.
[0030] Bei einer Ausführungsform ist das Distanzelement eingerichtet, eine Gleitbuchse bzw.
Druckscheibe wenigstens teilweise aufzunehmen, insbesondere um diese gegen die Leitschaufelplattform
zu fixieren und/ oder ein Verstellen der Leitschaufel um die Verstellachse bzw. den
Leitschaufelzapfen zu ermöglichen. Durch die so ermöglichte Befestigung der Druckscheibe
kann ein Verschleiß reduziert werden.
[0031] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das erste Abstützelement
ein Hülsenelement, welches eingerichtet ist, den Leitschaufelzapfen wenigstens teilweise
zu umgreifen. Dabei kann das Hülsenelement eingerichtet sein, den Leitschaufelzapfen
gegenüber der im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnung, insbesondere mittels wenigstens
einer in dem Hülsenelement angeordneten Drehlagerbuchse bzw. Gleitbuchse, um eine
Achse des Leitschaufelzapfens drehbar lagern. Das Hülsenelement kann dabei in der
Aufnahmeöffnung angeordnet und insbesondere mittels des bzw. eines Sicherungselements
an oder in der Aufnahmeöffnung des Gehäuses arretiert sein. Hierbei kann das Hülsenelement
die Leitschaufelplattform und/ oder eine daran angeordnete Bundbuchse in einer zur
Strömungsmaschine radialen Richtung abstützen. Auf diese Weise ist auch eine platzsparende
und somit gewichtssparende Lagerung der Leitschaufel(n) ermöglicht werden.
[0032] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das Hülsenelement eingerichtet,
zwei Drehlagerbuchsen gegenüber der Leitschaufel zu lagern. Hierbei kann das Hülsenelement
eine Querschnittsverengung aufweisen, welche die zwei Drehlagerbuchsen räumlich voneinander
trennen kann. Insbesondere kann ein solches Hülsenelement eingerichtet sein, eine
Gleitbuchse im Bereich des Leitschaufelzapfens bzw. relativ zu dem Leitschaufelzapfen
und eine Bundbuchse im Bereich der Leitschaufelplattform bzw. relativ zu der Leitschaufelplattform
zu lagern und damit eine Drehbarkeit der Leitschaufel in der Aufnahmeöffnung zu ermöglichen.
Auf diese Weise können auch mehrere Drehlager positioniert werden, wodurch eine Stabilität
der Leitschaufel und somit der Leitschaufelanordnung verbessert werden kann.
[0033] Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann eine Vielzahl von Leitschaufeln
radial, insbesondere umlaufend, an dem Gehäuse angeordnet sein, wobei jede Leitschaufel
mittels jeweils einer Abstützeinrichtung gegen das Gehäuse abgestützt sein kann.
[0034] Bei einer Ausführungsform kann das Ausführen des Leitschaufelzapfens aus der Aufnahmeöffnung
mittels eines Werkzeugs von einem radial äußeren Bereich der Aufnahmeöffnung erfolgen.
Hierdurch kann der Leitschaufelzapfen bzw. die Leitschaufel mittels des Werkzeugs
insbesondere über eine vorbestimmte Distanz bewegt werden, um eine Montage präziser
gestalten und/ oder beschleunigen zu können.
[0035] Bei einer Ausführungsform kann das Anordnen des zweiten Abstützelements und/ oder
des Sicherheitselements von einem radial äußeren Bereich der Aufnahmeöffnung erfolgen.
Dabei kann, insbesondere nachdem die Leitschaufel aus der Aufnahmeöffnung geführt
und an dem Innenring angeordnet ist (Lagerzapfen greift in Lagersitz ein), ein erstes
Abstützelement in den Montageraum eingeführt und anschließend mittels einem zweiten
Abstützelement arretiert werden.
[0036] Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Anordnens
eines Sicherungselements zum Arretieren des ersten und/ oder des zweiten Abstützelements
und/ oder der Abstützeinrichtung. Hierbei kann das Sicherungselement von einem radial
äußeren Bereich in die Aufnahmeöffnung eingebracht werden, um dort fixiert bzw. arretiert
zu werden. Das Sicherungselement ist insbesondere eingerichtet und/ oder derart angeordnet,
dass das erste und/ oder das zweite Abstützelement bzw. die Abstützeinrichtung in
einer Richtung radial zur Rotorachse der Strömungsmaschine fixiert ist bzw. sind.
Das erste Abstützelement, das zweite Abstützelement und/ oder die Abstützeinrichtung
können auf diese Weise lagefixiert, insbesondere lösbar, befestigt werden, um die
Leitschaufel gegen das Gehäuse abzustützen.
[0037] Bei einer Ausführungsform erfolgt das Führen des Leitschaufelzapfens in und aus einer
Aufnahmeöffnung entlang einer radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten
Verstellachse der Leitschaufel. Hierbei wird die Leitschaufel in den Bauraum der Strömungsmaschine
eingebracht und die Verstellachse der Leitschaufel zur im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnung
ausgerichtet. Der Leitschaufelzapfen wird dann in die Aufnahmeöffnung geführt, insbesondere
bis die dem Leitschaufelzapfen zugewandte Oberfläche der Leitschaufelplattform am
Gehäuse anschlägt. Dabei ist die Leitschaufel in einer radial äußeren Position angeordnet,
so dass radial innerhalb der Leitschaufel ausreichend Bauraum zur Verfügung steht,
um einen Innenring am Rotor bereit zu stellen. Beispielsweise kann die Leitschaufel
beim Führen in bzw. aus der Aufnahmeöffnung um einen Winkel, insbesondere um etwa
90° gedreht werden, um insbesondere ein Schaufelblatt der Leitschaufel, insbesondere
temporär, in den Montageraum bewegen zu können, wodurch ein Bauraum zum Bereitstellen
des Innenrings vergrößert werden kann.
[0038] Sobald der Innenring am Rotor bereitgestellt und insbesondere in der vorgesehenen
Position angeordnet ist, kann die Leitschaufel entlang der Verstellachse aus der Aufnahmeöffnung
geführt werden, bis der Lagerzapfen der Leitschaufel in einen am Umfang des Innenrings
angeordneten Lagersitz eingreift und an diesem befestigt werden kann. Die Verstellachse
ist insbesondere eine Mittelachse des Leitschaufelzapfens und damit auch die Drehachse
der Leitschaufel, um welche diese Leitschaufel bzw. das Leitschaufelblatt drehbar
ist, um eine gewünschte Anströmung durch den Luftstrom zu bewirken.
[0039] Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Verbindens
des Leitschaufelzapfens mit einer Verstelleinrichtung. Die Verstelleinrichtung ist
insbesondere eingerichtet, die Leitschaufel um ihre Verstellachse in einem vorbestimmten
Winkel zu verstellen, um einen Gasstrom derart zu leiten, dass er in einem bevorzugten
Winkel einer Anordnung von rotierenden Laufschaufeln strömt. Dabei kann die Verstelleinrichtung
mittels eines Verstellhebels mit dem Leitschaufelzapfen verbunden werden. Insbesondere
ist die Verstelleinrichtung so ausgeführt, dass diese mit einer Vielzahl weiterer
Verstelleinrichtungen zusammenwirkt, welche mit einer Vielzahl von Leitschaufeln bzw.
Leitschaufelzapfen einer Leitschaufelanordnung verbunden sind.
[0040] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung
einer Strömungsmaschine angegeben, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Gehäuses;
- Anordnen einer ersten Laufschaufelanordnung in dem Gehäuse;
- Montieren einer ersten Leitschaufelanordnung gemäß einem oder mehrerer Aspekte des
vorausgehend beschriebenen Verfahrens in dem Gehäuse; und
- Anordnen einer zweiten Laufschaufelanordnung in dem Gehäuse.
[0041] Eine Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine bildet insbesondere eine Verdichter-
oder eine Turbineneinrichtung und weist üblicherweise mehrere Stufen auf. Jede Stufe
umfasst dabei eine stationäre Leitschaufelanordnung und eine rotierende Laufschaufelanordnung,
welche sich von einer Rotornabe aus erstreckt. Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen
Verfahren ein insbesondere ein- oder mehrteilig rotationssymmetrisch um eine Drehachse
der Strömungsmaschine ausgebildetes Gehäuse bereitgestellt werden, in welchem eine
erste Laufschaufelanordnung angeordnet wird. Dabei wird beispielsweise zunächst eine
Vielzahl an Leitschaufeln derart in und insbesondere auch an dem Gehäuse angeordnet,
dass jeweils ein Leitschaufelzapfen in eine insbesondere radial zur Rotorachse der
Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung des Gehäuses geführt wird. Dann wird
ein Innenring insbesondere am Rotor bereitgestellt und der Leitschaufelzapfen der
jeweiligen Leitschaufel wird aus der Aufnahmeöffnung in Richtung der Drehachse der
Strömungsmaschine geführt, bis ein an einem Leitschaufelkopf der jeweiligen Leitschaufel
angeordneter Lagerzapfen in einen am Innenring angeordneten Lagersitz eingreift. Die
Leitschaufelplattform bildet nun mit dem Gehäuse einen Montageraum aus, in welchem
in nächsten Schritt eine Abstützeinrichtung so angeordnet wird, dass diese die Leitschaufel(n)
gegen das Gehäuse abstützt. In nächsten Schritt kann die Abstützeinrichtung dann arretiert
werden. In einem weiteren Schritt kann der Leitschaufelzapfen der jeweiligen Leitschaufel
mit einer Verstelleinrichtung verbunden werden.
[0042] In einem weiteren Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens zur Montage einer Strömungsanordnung
wird eine zweite, insbesondere mit dem Rotor rotierende Laufschaufelanordnung der
Strömungsmaschine in dem Gehäuse angeordnet. In optionalen weiteren Schritten können
abwechselnd weitere Leitschaufelanordnungen und Laufschaufelanordnungen, insbesondere
wie vorausgehend beschrieben, angeordnet werden, um eine Strömungsanordnung mit einer
vorbestimmten Anzahl an Stufen bereitzustellen.
[0043] Das beschriebene Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung ermöglicht eine gegenüber
bekannten Verfahren vereinfachte Montage, weil ein Bauraum in dem Gehäuse durch das
insbesondere radiale Ein- und Ausführen der Leitschaufel(n) in die Aufnahmeöffnung(en)
verbessert genutzt werden kann und zugleich ein vereinfachter Aufbau eines Innenrings
der jeweiligen Leitschaufelanordnung sowie - insbesondere abhängig von weiteren Strukturen
der Strömungsmaschine - eine einteilige Ausgestaltung des Gehäuses ermöglicht wird.
[0044] Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Strömungsmaschine angegeben, die wenigstens
eine hierin beschriebene Leitschaufelanordnung aufweist oder welche eine gemäß einem
hierin beschriebenen Verfahren montierte Leitschaufelanordnung oder Strömungsanordnung
aufweist. Eine solche Strömungsmaschine hat den Vorteil, dass diese vereinfacht gestaltet
und montiert werden kann und zugleich kostengünstiger herstellbar ist.
[0045] Im Allgemeinen gilt die Offenbarung der beschriebenen Leitschaufelanordnung auch
für ein entsprechendes Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung, Strömungsanordnung
oder einer entsprechenden Strömungsmaschine, die eine oder mehrere Leitschaufelanordnungen
umfasst, und umgekehrt. Die Merkmale der verschiedenen oben oder unten beschriebenen
beispielhaften Aspekte und Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, sofern nicht
ausdrücklich anders angegeben.
[0046] Die vorliegende Offenbarung umfasst ferner eine weitere Leitschaufelanordnung einer
Strömungsmaschine mit mehreren Leitschaufeln. Die Leitschaufelplattform einer Leitschaufel
weist einen Leitschaufelzapfen auf, welcher in einer, insbesondere radial zu einer
Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung eines Gehäuses der Strömungsmaschine
gelagert ist. Ein Leitschaufelkopf der Leitschaufel weist einen Lagerzapfen auf, der
an einem Innenring gelagert ist, welcher an einem Rotor der Strömungsmaschine angeordnet
ist. Eine Abstützeinrichtung ist in einem zwischen dem Gehäuse und der Leitschaufelplattform
ausgebildeten Montageraum angeordnet, welche die Leitschaufel gegen das Gehäuse abstützt.
Die Abstützeinrichtung weist dabei wenigstens ein erstes Abstützelement auf, welches
wenigstens im Wesentlichen als Ringsegment, insbesondere als Halbring, ausgebildet
ist.
[0047] Der Montageraum ist dabei insbesondere umlaufend bzw. in Umfangsrichtung durchgehend
in dem Gehäuse ausgebildet, sodass das wenigstens eine erste Abstützelement in einer
Umfangsrichtung des Gehäuses bzw. der Strömungsmaschine in den Montageraum einbringbar
ist. Insbesondere weist die Abstützeinrichtung zwei erste Abstützelemente auf, wobei
jeweils eines der Abstützelemente in axialer Richtung der Strömungsmaschine benachbart
zu dem jeweiligen Leitschaufelzapfen angeordnet ist. Hierdurch kann eine beidseitig
stabile Abstützung bzw. Lagerung des Leitschaufelzapfens und somit der Leitschaufel
bereitgestellt werden.
[0048] Hierbei kann die Abstützeinrichtung wenigstens ein Distanzelement aufweisen, welches
eingerichtet ist, um den Leitschaufelzapfen und/oder um die Leitschaufelplattform
herum angeordnet zu werden. Dabei kann das Distanzelement eingerichtet sein, die Leitschaufelplattform
wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, zu umgreifen und diese gegenüber dem
Gehäuse und/ oder der Abstützeinrichtung abzustützen. Die Leitschaufelplattform weist
senkrecht zu einer Verstellachse der Leitschaufel eine im Wesentlichen kreisförmige
Außenkontur auf, um eine Drehung um die Verstellachse zu ermöglichen. Dadurch, dass
das Distanzelement die jeweilige Leitschaufelplattform umgreift und gleichzeitig gegenüber
dem Gehäuse und/ oder der Abstützeinrichtung positioniert bzw. abgestützt sein kann,
können Kräfte von den Leitschaufeln aufgenommen werden.
[0049] Das Distanzelement kann eingerichtet sein, eine Gleitbuchse bzw. Druckscheibe wenigstens
teilweise aufzunehmen, insbesondere um diese gegen die Leitschaufelplattform zu fixieren
und/ oder ein Verstellen der Leitschaufel um die Verstellachse bzw. den Leitschaufelzapfen
zu ermöglichen. Durch die so ermöglichte Befestigung der Druckscheibe kann ein Verschleiß
reduziert werden.
[0050] Das Distanzelement kann einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Insbesondere sind zwei benachbarte Distanzelemente eingerichtet, sich gegeneinander,
insbesondere in der Umfangsrichtung der Strömungsmaschine gegeneinander abzustützen,
um so zwei benachbarte Leitschaufelplattformen gegeneinander abzustützen und/ oder
zu beabstanden. Hierbei kann das Distanzelement einen im Wesentlichen rechteckigen
oder quadratischen Querschnitt aufweisen, um zwischen Abstützeinrichtung, Gehäuse
und Leitschaufelplattform in dem Montageraum angeordnet werden zu können, und ein
gegenseitiges Abstützen zweier Distanzelemente, insbesondere in Umfangsrichtung der
Strömungsmaschine, zu unterstützen und insbesondere den Montageraum abzudecken bzw.
zu begrenzen. Beispielsweise kann das Distanzelement an einem Vorsprung des Gehäuses,
der insbesondere radial zu dem Leitschaufelzapfen angeordnet ist, anliegen und von
der Abstützeinrichtung und/ oder einem Fixierabschnitt der Abstützeinrichtung und/
oder der Leitschaufelplattform in Position gehalten werden.
[0051] Zudem wird ein Verfahren zur Montage einer solchen Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine
angegeben, umfassend die folgenden Schritte:
- Führen eines an einer Leitschaufelplattform einer Leitschaufel angeordneten Leitschaufelschaffens
in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung
eines Gehäuses;
- Bereitstellen eines Innenrings an einem Rotor der Strömungsmaschine;
- Führen des Leitschaufelzapfens aus der Aufnahmeöffnung bis ein an einem Leitschaufelkopf
der Leitschaufel angeordneter Lagerzapfen einen am Innenring angeordneten Lager sitzt
eingreift, wobei die Leitschaufelplattform mit dem Gehäuse einen Montageraum ausbildet;
- Anordnen einer Abstützeinrichtung in dem Montageraum, sodass die Leitschaufel gegen
das Gehäuse abgestützt wird, wobei wenigstens ein erstes Abstützelement der Abstützeinrichtung
in einer Umfangsrichtung der Strömungsmaschine bzw. des Gehäuses in den Montageraum
eingeführt wird; und
- Arretieren der Abstützeinrichtung.
[0052] Hierbei ist das Gehäuse insbesondere wenigstens zweiteilig ausgebildet, sodass das
Gehäuse nach Einführen der insbesondere als Halbring ausgebildeten ersten Abstützeinrichtung(en)
zusammengesetzt werden kann. Hierdurch kann eine Montage der Leitschaufelanordnung
vereinfacht werden, wobei zu dem ein Bauraum in der Strömungsmaschine verbessert genutzt
und der Aufbau des Innenrings vereinfacht ausgeführt werden kann.
[0053] Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung zwei weiterer Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen
Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
- Fig. 5a bis 5g
- schematische Darstellungen eines Ablaufs des ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine aus Fig.
4;
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Ausführungsbeispiels eines
Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine der Fig.
3;
- Fig. 7a bis 7b
- schematische Darstellungen eines Ablaufs des Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung
einer Strömungsmaschine aus Fig. 6;
- Fig 8a bis Fig. 8f
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Montage einer Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine.
[0054] Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leitschaufelanordnung 10 für eine Strömungsmaschine,
aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln 11, deren Leitschaufelplattform 12 einen
Leitschaufelzapfen 13 aufweist, welcher in einer radial zu einer Rotorachse RA der
Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuses 15 der Strömungsmaschine
gelagert ist. Eine Verstelleinrichtung 60 ist mittels eines Verstellhebels 61 mit
dem Leitschaufelzapfen 13 verbunden, um die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse
A zu drehen.
[0055] Ein Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 weist einen Lagerzapfen 17 auf, welcher
in einem Lagersitz 18 eines Innenrings 19 gelagert ist. Dieser Innenring 19 ist bei
der beispielhaft dargestellten Ausführungsform ungeteilt ausgebildet und erstreckt
sich in einer Ebene senkrecht zur Darstellungsebene um den Rotor 119. Der Innenring
19 weist an seiner radial inneren, dem Rotor 119 der Strömungsmaschine zugewandten
Oberfläche einen radial äußeren Teil 50 einer Dichtungseinrichtung 52 auf, die mit
einem an der radialen Umfangsfläche am Rotor 119 angeordneten zweiten radial inneren
Teil 51 eine Dichtungseinrichtung 52 bildet.
[0056] Zwischen der Leitschaufelplattform 12 und dem Gehäuse 15 ist in der Aufnahmeöffnung
14 ein erstes Abstützelement 21 und ein zweites Abstützelement 22 angeordnet, die
eine Abstützeinrichtung 20 bilden, mittels welcher die Leitschaufel 11 gegen das Gehäuse
15 abgestützt ist. Hierbei sind die Abstützelemente 21, 22 bzw. die Abstützeinrichtung
20 eingerichtet, die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A in der Aufnahmeöffnung
14 zu zentrieren.
[0057] Die Aufnahmeöffnung 14 weist an ihrem radial inneren Endbereich einen Durchmesser
auf, der im Wesentlichen einem Durchmesser der Leitschaufelplattform 12 entspricht,
wobei dieser vergrößerte Abschnitt der Aufnahmeöffnung 14 von einem Absatz 114 begrenzt
wird. In diesem vergrößerten Abschnitt der Aufnahmeöffnung 14 ist das erste Abstützelement
21 angeordnet und ist mittels des zweiten Abstützelements 22 in radialer Richtung
der Strömungsmaschine abgestützt.
[0058] Das erste Abstützelement 21 weist ein Distanzelement 24 auf, welches als Hohlzylinder
ausgebildet ist, welcher radial um den Leitschaufelzapfen 13 angeordnet ist und eine
Bundbuchse 41 gegenüber der Leitschaufelplattform 12 lagert. Das zweite Abstützelement
22 ist als Gleitbuchse ausgebildet, die in der Aufnahmeöffnung 14 angeordnet ist,
um ein Verstellen der Leitschaufel 11 zu ermöglichen. Dabei ist das zweite Abstützelement
22 und damit auch das erste Abstützelement 21 mittels eines hier als Sicherungsring
ausgebildeten Sicherungselements 23 gegenüber der Aufnahmeöffnung in radialer Richtung
gesichert. Hierzu weist die Aufnahmeöffnung 14 eine Ausnehmung 124 auf, in welcher
das Sicherungselement 23 arretiert ist.
[0059] Fig. 2 zeigt zwei weitere Ausführungsbeispiele von Leitschaufelanordnungen 10 für eine Strömungsmaschine,
wobei links ein zweites Ausführungsbeispiel und rechts ein drittes Ausführungsbeispiel
einer hierin beschriebenen Leitschaufelanordnung 10 dargestellt ist. Beide Leitschaufelanordnungen
10 entsprechen dabei im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Leitschaufelanordnung
10, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Zunächst wird
das linkerhand dargestellte zweite Ausführungsbeispiel beschrieben:
[0060] In dem links dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Abstützelement 21 als
Hülsenelement ausgebildet, welches eingerichtet ist, den Leitschaufelzapfen 13 wenigstens
teilweise zu umgreifen. Das Hülsenelement 21 ist in der Aufnahmeöffnung 14 zwischen
dem Gehäuse 15 und dem Leitschaufelzapfen 13 angeordnet und ist eingerichtet, zwei
Drehlagerbuchsen 41, 42 gegenüber der Leitschaufel 11 zu lagern. Hierbei weist das
Hülsenelement 21 an seinem radial zur Strömungsmaschine äußeren Bereich einen vergrößerten
Aufnahmequerschnitt auf, in welchem eine Gleitbuchse 42 angeordnet ist, um eine Rotation
der Leitschaufel 11 um die Verstellachse A zu ermöglichen. An seinem radial inneren
Ende weist das Hülsenelement 21 einen vergrößerten Aufnahmequerschnitt auf, um eine
Bundbuchse 41 aufzunehmen und gegenüber der Leitschaufelplattform 12 zu positionieren.
Das Hülsenelement 21 weist an seinem radial inneren Ende einen vergrößerten Außendurchmesser
auf, welcher im Wesentlichen einem Durchmesser der Leitschaufelplattform 12 entspricht,
sodass der in der Aufnahmeöffnung 14 gebildete Anschlag 114 bei einer Montage dazu
dienen kann, dass die Leitschaufel 11 nicht zu weit nach radial außen positioniert
wird.
[0061] Das zweite Abstützelement 22 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringelement
ausgebildet, welches mittels eines Sicherungselements 23 in der Aufnahmeöffnung 114
arretiert ist. Hierdurch kann die Leitschaufel 11 in radialer Richtung fixiert und
gleichzeitig in der Aufnahmeöffnung abgestützt sein.
[0062] In dem rechter Hand in Fig. 2 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist das erste
Abstützelement 21 ebenfalls als Hülsenelement ausgebildet und eingerichtet, zwei Drehlagerbuchsen
41, 42 gegenüber der Leitschaufel 11 bzw. dem Leitschaufelzapfen 13 und der Leitschaufelplattform
12 zu lagern. Im Unterschied zu dem vorangehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel
weist die Aufnahmeöffnung 14 keinen Absatz 114 auf, sondern weist über ihre Längserstreckung
einen gleich bleibenden Durchmesser auf.
[0063] Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Leitschaufelanordnung 10 für eine Strömungsmaschine. In
dem dargestellten Beispiel ist zwischen der Leitschaufelplattform 12 und dem Gehäuse
15 ein Montageraum 30 angeordnet, in welchem ein erstes Abstützelement 21 angeordnet
ist, um mit dem zweiten Abstützelement 22 eine Abstützeinrichtung 20 auszubilden,
mittels welcher die Leitschaufel 11 gegen das Gehäuse 15 abgestützt ist. Hierbei ist
das zweite Abstützelement 22 als Gleitbuchse ausgebildet und zwischen dem Leitschaufelzapfen
13 und dem Gehäuse 15 in der Aufnahmeöffnung 14 angeordnet, um die Leitschaufel 11
um ihre Verstellachse A mittels einer Verstelleinrichtung 60 verstellen zu können.
[0064] Das erste Abstützelement 21 ist dabei als Halbring ausgebildet und kann in einer
Umfangsrichtung in dem zwischen dem Absatz 114 und der Leitschaufelplattform 12 ausgebildeten
Montageraum 30 in einer Umfangsrichtung des Gehäuses 15 bzw. der Strömungsmaschine
eingeschoben werden.
[0065] Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten beispielhaften Verfahrens 100 zur Montage einer
Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine.
[0066] In einem ersten Schritt 101 wird ein erstes Abstützelement 21 um einen an einer Leitschaufelplattform
12 einer Leitschaufel 11 angeordneten Leitschaufelzapfen 13 angeordnet. Das erste
Abstützelement 21 kann dabei ein holzylinderförmig ausgebildetes Element sein, welches
eingerichtet ist, eine Bundbuchse an der Leitschaufelplattform 12 zu positionieren.
Diese Bundbuchse 41 kann in einem vorhergehenden Schritt um den Leitschaufelzapfen
13 angeordnet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das erste Abstützelement
21 als Hülsenelement ausgebildet sein, in welchem in einem optionalen vorhergehenden
Schritt eine Bundbuchse 41 und eine Gleitbuchse 42 angeordnet werden.
[0067] In einem zweiten Schritt 102 wird ein an einer Leitschaufelplattform 12 einer Leitschaufel
11 angeordneter Leitschaufelzapfen 13 in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine
angeordnete Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuses 15 eingeführt, insbesondere bis die
Leitschaufelplattform 12 an dem Gehäuse 15 anschlägt. In einem weiteren Schritt 103
wird ein Innenring 19 an einem Rotor 119 der Strömungsmaschine bereitgestellt. In
einem weiteren Schritt 104 wird der Leitschaufelzapfen 13 aus der Aufnahmeöffnung
14 in radialer Richtung zur Rotorachse der Strömungsmaschine geführt, bis ein an einem
Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 angeordneter Lagerzapfen 17 in einen am Innenring
19 angeordneten Lagersitz 18 eingreift. Hierbei kann das Ausführen des Leitschaufelzapfens
13 aus der Aufnahmeöffnung 14 mittels eines Werkzeugs von einem radial äußeren Bereich
der Aufnahmeöffnung 14 erfolgen. Das Führen des Leitschaufelzapfens 13 in und aus
der Aufnahmeöffnung 14 erfolgt dabei entlang einer radial zu einer Rotorachse der
Strömungsmaschine angeordneten Verstellachse A der Leitschaufel 11.
[0068] In einem weiteren Schritt 105 wird ein zweites Abstützelement 22 in der Aufnahmeöffnung
14 angeordnet bzw. platziert, derart dass die Leitschaufel 11 in radialer Richtung
der Strömungsmaschine gegen das Gehäuse 15 abgestützt wird. Dabei kann das Anordnen
des zweiten Abstützelements 22 von einem radial äußeren Bereich der Aufnahmeöffnung
aus erfolgen.
[0069] In einem weiteren optionalen Schritt kann in einigen Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen
Verfahrens 100 ein Sicherungselement 23 zum Arretieren des ersten und/ oder zweiten
Abstützelements 21, 22 angeordnet werden. In einem weiteren Schritt 106 wird der Leitschaufelzapfen
13 mit einer Verstelleinrichtung 60, insbesondere mittels eines Verstellhebels 61
verbunden, um die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A verstellen zu können.
[0070] Fig. 5a bis 5h zeigen beispielhaft illustrierte Schritte eines Verfahrens 100 zur Montage einer
Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine.
[0071] In einem ersten optionalen in Fig. 5a dargestellten Schritt wird ein Gehäuse 15 für
eine Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine bereit gestellt. Das Gehäuse
15 weist mehrere Aufnahmeöffnungen 14 auf, die sich radial zu einer Drehachse der
Strömungsmaschine erstrecken. Jeweils zwei Aufnahmeöffnungen 14 sind an ihrem radial
inneren Bereich mittels einer Verbindungsöffnung 115 miteinander verbunden. Fig. 5b
zeigt eine Darstellung des Schritts 101 aus Fig. 4, in welchem ein erstes Abstützelement
21 um einen Leitschaufelzapfen 13 einer Leitschaufel 11 angeordnet wird. Fig. 5c zeigt
eine Darstellung einer Leitschaufel 11 in einer eingeführten Position, in welcher
das erste Abstützelement 21 an einem in der Aufnahmeöffnung 14 ausgebildeten Absatz
114 anliegt. In dem zwischen dem Leitschaufelzapfen 13 und dem Gehäuse 15 gebildeten
Zwischenraum kann ein Werkzeug 70 angeordnet werden, um die Leitschaufel 11 um eine
insbesondere vorbestimmte Distanz aus der Aufnahmeöffnung 14 auszuführen und an dem
Innenring positionieren zu können.
[0072] Fig. 5d zeigt eine weitere Darstellung der Leitschaufel 11 im vollständig eingeführten
Zustand. Hier ist zu erkennen, dass die Schaufelblätter der Leitschaufeln 11 in einer
Umfangsrichtung des Gehäuses 15 orientiert sind, sodass diese in den Verbindungsöffnungen
115 aufgenommen werden können, um einen Raumgewinn zur Anordnung des Innenrings 19
zu ermöglichen und eine Montage erleichtern zu können.
[0073] Fig. 5e zeigt die Leitschaufel 11 nachdem sie in einem Schritt 104 aus der Aufnahmeöffnung
14 mittels des Werkzeugs 70 ausgeführt wurde. Hierbei ist das erste Abstützelement
21 beabstandet zu dem Absatz 114 der Aufnahmeöffnung 14 angeordnet und die Leitschaufelplattform
12 schließt bündig mit einem radial inneren Rand des Gehäuses 15 ab.
[0074] In Fig. 5f ist ein Schritt 105 dargestellt, wobei ein zweites Abstützelement 22 in
Form einer Gleitbuchse von einem radial äußeren Bereich der Aufnahmeöffnung 14 in
dieser angeordnet wird. Fig. 5g zeigt eine mittels des ersten und zweiten Abstützelements
21, 22 gebildete Abstützeinrichtung 20, die mittels eines in der Aufnahmeöffnung 14
angeordneten Sicherungselements 23 arretiert ist, um das zweite Abstützelement 22
und damit auch das erste Abstützelement 21 in radialer Richtung der Strömungsmaschine
gegen das Gehäuse 15 abzustützen bzw. in Position zu halten. Ferner ist eine Montagenut
33 an dem der Leitschaufelplattform 12 abgewandten Bereich des Leitschaufelzapfens
13 angeordnet, die einen Angriffspunkt für eine Montage und/ oder Demontage der Leitschaufelanordnung
dienen kann, um ein Bewegen der Leitschaufel 11 in der Aufnahmeöffnung 14 zu erleichtern.
[0075] Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Montage einer in
den Fig. 7a und 7b dargestellten Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine.
[0076] In einem ersten Schritt 201 wird ein an einer Leitschaufelplattform 12 einer Leitschaufel
11 angeordneter Leitschaufelzapfen 13 in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine
angeordnete Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuses 15 eingeführt, insbesondere bis die
Leitschaufelplattform 12 an dem Gehäuse 15 anliegt. In einem optionalen Schritt 207
kann zuvor ein Abstützelement 32 und/ oder eine Drehlagerbuchse 41, 42 um den Leitschaufelzapfen
13 bzw. die Leitschaufelplattform 12 angeordnet bzw. dort bereitgestellt werden.
[0077] In einem Schritt 202 wird ein Innenring 19 an einem Rotor 119 der Strömungsmaschine
bereitgestellt und in einem weiteren Schritt 203 wird der Leitschaufelzapfen 13 aus
der Aufnahmeöffnung 14 radial zu einer Rotorachse RA der Strömungsmaschine ausgeführt,
bis ein an einem Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 angeordneter Lagerzapfen
17 in einen am Innenring 19 angeordneten Lagersitz 18 eingreift, wobei die Leitschaufelplattform
12 mit dem Gehäuse 15 einen Montageraum 30 ausbildet, der umlaufend bzw. in Umfangsrichtung
durchgehend in dem Gehäuse 15 ausgebildet ist.
[0078] In einem Schritt 204 wird ein erstes Abstützelement 21 in dem Montageraum 30 angeordnet,
um die Leitschaufel 11 gegenüber dem Gehäuse 15 abzustützen. Hierbei wird das erste
Abstützelement 21 in einer Umfangsrichtung des Gehäuses 15 bzw. der Strömungsmaschine
in den Montageraum 30 eingebracht. In einem weiteren Schritt 205 wird der Leitschaufelzapfen
13 mit einer Verstelleinrichtung 60, insbesondere mittels eines Verstellhebels 61,
verbunden, um die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A verstellen zu können. In
einem weiteren Schritt 205 wird die Abstützeinrichtung 20, insbesondere mittels eines
Befestigungselements 24 fixiert bzw. arretiert.
[0079] Das Verfahren kann einen weiteren Schritt des Anordnens eines Distanzelements 24
um den Leitschaufelzapfen 13 bzw. die Leitschaufelplattform 12 der Leitschaufel 11
aufweisen. Dabei kann zunächst eine Bundbuchse 41 bzw. Druckscheibe in das Distanzelement
24 eingelegt werden oder um den Leitschaufelzapfen 13 angeordnet werden, bevor das
Distanzelement 24 an dem Leitschaufelzapfen 13 bzw. der Leitschaufelplattform 12 angeordnet
wird und der Leitschaufelzapfen 13 in die Aufnahmeöffnung 14 des Gehäuses 15 eingeführt
wird. So kann das Distanzelement 24 vorgehalten werden, um in einem weiteren Schritt
in eine Endlage gebracht zu werden, um die Leitschaufel(n) 11 gegeneinander bzw. gegen
das Gehäuse 15 abzustützen. Hierbei ist das Distanzelement 24 insbesondere ausgebildet,
die Aufnahmeöffnung 14 zusammen mit der Leitschaufelplattform 12 in eine dem Rotor
119 zugewandten Richtung abzuschließen. Die Öffnung des Gehäuses 15, welche insbesondere
eine Öffnung des Montageraums 30 bildet, und/oder der Montageraum 30 können umlaufend
bzw. durchgängig an dem Gehäuse 15 ausgebildet und insbesondere umlaufend bzw. durchgängig
mittels der Leitschaufelplattformen 12 und Distanzelemente 24 abgeschlossen sein.
[0080] Fig. 7a und 7b zeigen Schritte des voranstehend zu Fig. 6 beschriebenen Verfahrens 200 zur Montage
einer Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine in schematischen Illustrierungen.
[0081] In Fig. 7a ist dargestellt, wie in dem Schritt 203 der Montageraum 30 zwischen der
Leitschaufelplattform 12 bzw. dem die Leitschaufelplattform 12 umgebenden Distanzelement
24 und dem Gehäuse 15 ausgebildet wird, wobei dieser umlaufend bzw. in Umfangsrichtung
durchgehend in dem Gehäuse 15 ausgebildet ist.
[0082] Fig. 7b illustriert den Schritt 204, in welchem zwei erste Abstützelemente 21 in
Umfangsrichtung des Gehäuses 15 in den Montageraum 30 eingebracht werden. In der Darstellung
ist zu erkennen, dass die beiden ersten Abstützelemente 21 zu beiden Seiten in axialer
Richtung der Strömungsmaschine benachbart zu dem bzw. den Leitschaufelzapfen 13 angeordnet
werden, um die Leitschaufel(n) abzustützen.
[0083] Fig 8a bis Fig. 8f zeigen eine schematische Darstellung von Schritten eines Ausführungsbeispiels eines
Verfahrens 300 zur Montage einer Strömungsanordnung 310 einer Strömungsmaschine. Fig.
8a zeigt einen Schritt des Bereitstellens eines Gehäuses 15. Fig. 8b zeigt das Anordnen
einer ersten Laufschaufelanordnung 311, aufweisend einen ersten Rotorabschnitt 312
in dem Gehäuse 15. Fig. 8c zeigt das Montieren einer ersten Leitschaufelanordnung
10 gemäß einem hier beschriebenen Verfahren 100 in dem Gehäuse 15. Hierbei wird ein
geteilter oder ungeteilter Innenring 19 in den zur Verfügung stehenden Bauraum der
Strömungsmaschine eingebracht, woraufhin die Leitschaufeln 11 der Leitschaufelanordnung
10 an diesem angeordnet werden können. Da bei dem vorgeschlagenen Verfahren gegenüber
bekannten Verfahren insbesondere eine Montage mehrerer Innenringkomponenten entfallen
kann, vereinfacht sich die Montage der Strömungsanordnung 310.
[0084] Fig. 8d zeigt das Anordnen einer zweiten Laufschaufelanordnung 313, welche einen
zweiten Rotorabschnitt 314 aufweist, in dem Gehäuse 15 und Fig. 8e zeigt das Montieren
einer zweiten Leitschaufelanordnung 10 gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren 100 in
dem Gehäuse 15. Fig. 8f zeigt das Anordnen einer dritten Laufschaufelanordnung 315,
welche einen zweiten Rotorabschnitt 316 aufweist, in dem Gehäuse 15.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0085]
- 10
- Leitschaufelanordnung
- 11
- Leitschaufel
- 12
- Leitschaufelplattform
- 13
- Leitschaufelzapfen
- 14
- Aufnahmeöffnung
- 15
- Gehäuse
- 16
- Leitschaufelkopf
- 17
- Lagerzapfen
- 18
- Lagersitz
- 19
- Innenring
- 20
- Abstützeinrichtung
- 21
- erstes Abstützelement
- 22
- zweites Abstützelement
- 23
- Sicherungselement
- 24
- Distanzelement
- 30
- Montageraum
- 33
- Montagenut
- 41
- Bundbuchse
- 42
- Gleitbuchse
- 50, 51
- Teil einer Dichtungseinrichtung
- 52
- Dichtungseinrichtung
- 60
- Verstelleinrichtung
- 61
- Verstellhebel
- 100
- Verfahren
- 101 - 106
- Verfahrensschritte
- 114
- Absatz in Aufnahmeöffnung
- 115
- Verbindungsöffnung
- 119
- Rotor
- 124
- Ausnehmung
- 200
- Verfahren
- 201 - 207
- Verfahrensschritte
- 300
- Verfahren
- 310
- Strömungsanordnung
- 311
- erste Laufschaufelanordnung
- 312
- erster Rotorabschnitt
- 313
- zweite Laufschaufelanordnung
- 314
- zweiter Rotorabschnitt
- 315
- dritte Laufschaufelanordnung
- 316
- dritter Rotorabschnitt
- A
- Verstellachse
- RA
- Rotorachse
1. Leitschaufelanordnung (10) einer Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare
Leitschaufeln (11), deren Leitschaufelplattform (12) einen in einer Aufnahmeöffnung
(14) eines Gehäuses (15) der Strömungsmaschine gelagerten Leitschaufelzapfen (13)
aufweist, wobei ein Leitschaufelkopf (16) der Leitschaufel (11) einen Lagerzapfen
(17) aufweist, der an einem an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine angeordneten
Innenring (19) gelagert ist und wobei jede Leitschaufel mittels jeweils einer in der
Aufnahmeöffnung (14) angeordneten Abstützeinrichtung (20) gegen das Gehäuse (15) abgestützt
ist und wobei die Abstützeinrichtung (20) wenigstens ein erstes Abstützelement (21)
und wenigstens ein zweites Abstützelement (22) aufweist und das erste Abstützelement
(21) mittels des zweiten Abstützelements (22) innerhalb der Aufnahmeöffnung (14) radial
zu einer Rotorachse (RA) der Strömungsmaschine an dem Gehäuse (15) abgestützt ist.
2. Leitschaufelanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Innenring (19) einstückig oder
segmentiert, insbesondere als Halbring ausgebildet ist.
3. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Abstützeinrichtung (20) ausgebildet ist, eine Verstellachse (A) der Leitschaufel
(11) in der Aufnahmeöffnung (14) zu zentrieren.
4. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Aufnahmeöffnung (14) an ihrem radial inneren Endbereich (114) kreisförmig ausgebildet
ist und einen Durchmesser aufweist, der im Wesentlichen einem Durchmesser der Leitschaufelplattform
(12) entspricht.
5. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
wenigstens zwei benachbarte Aufnahmeöffnungen (14) an ihrem radial inneren Bereich
mittels einer Verbindungsöffnung (115) derart miteinander verbunden sind, dass die
Leitschaufel (11) abschnittsweise in der Verbindungsöffnung (115) aufnehmbar ist.
6. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Abstützeinrichtung (20) eingerichtet ist, wenigstens eine Drehlagerbuchse (41,
42) für die Leitschaufel (11) zu lagern.
7. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Abstützeinrichtung (20) mittels eines Sicherungselements (23) an der Aufnahmeöffnung
(14) des Gehäuses (15) arretiert ist.
8. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Leitschaufelzapfen (13) an seinem der Leitschaufelplattform (12) abgewandten Bereich
eine Montagenut (33) aufweist.
9. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das zweite Abstützelement (22) eine Gleitbuchse (42) für den Leitschaufelzapfen (13)
ist.
10. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das erste Abstützelement (21) wenigstens ein Distanzelement (24) aufweist, welches
eingerichtet ist, wenigstens eine Bundbuchse (41) für die Leitschaufelplattform (12)
zu lagern.
11. Leitschaufelanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das
erste Abstützelement (21) ein Hülsenelement ist, welches ausgebildet ist, den Leitschaufelzapfen
(13) wenigstens teilweise zu umgreifen.
12. Leitschaufelanordnung (10) nach Anspruch 11, wobei das Hülsenelement (21) eingerichtet
ist, zwei Drehlagerbuchsen (41, 42) gegenüber der Leitschaufel (11) zu lagern
13. Leitschaufelanordnung (10) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das zweite Abstützelement
(22) das Sicherungselement (23) nach Anspruch 7 ist.
14. Verfahren (100) zur Montage einer Leitschaufelanordnung (10) einer Strömungsmaschine,
umfassend die folgenden Schritte:
- Anordnen (101) eines ersten Abstützelements (21) um einen an einer Leitschaufelplattform
(12) einer Leitschaufel (11) angeordneten Leitschaufelzapfen (13);
- Führen (102) des Leitschaufelzapfens (13) in eine radial zu einer Rotorachse der
Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung (14) eines Gehäuses (15);
- Bereitstellen (103) eines Innenrings (19) an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine;
- Führen (104) des Leitschaufelzapfens (13) aus der Aufnahmeöffnung (14) bis ein an
einem Leitschaufelkopf (16) der Leitschaufel (11) angeordneter Lagerzapfen (17) in
einen am Innenring (19) angeordneten Lagersitz (18) eingreift;
- Anordnen (105) eines zweiten Abstützelements (22) in der Aufnahmeöffnung (14), so
dass die Leitschaufel (11) in radialer Richtung der Strömungsmaschine gegen das Gehäuse
(15) abgestützt wird.
15. Strömungsmaschine, aufweisend wenigstens eine Leitschaufelanordnung (10) nach einem
der Ansprüche 1 bis 13 und/ oder wenigstens eine gemäß einem Verfahren (100) der Ansprüche
14 bis 19 montierte Leitschaufelanordnung (10) und/ oder eine gemäß einem Verfahren
(100) nach Anspruch 20 oder 21 montierte Strömungsanordnung (310).