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Hintergrund der Erfindung
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Gasturbinen
enthalten Rotoren mit Laufschaufeln, die sich mit der Zeit verschlechtern
bzw. abnutzen können.
Weiterhin erfordert das Reparieren der Laufschaufeln eine vollständige Zerlegung
des Rotors, deren vollständige
Durchführung
eine erhebliche Zeit in Anspruch nehmen kann. In einigen Fällen kann
das Reparieren der Rotorlaufschaufeln vier bis sechs Wochen Arbeit
erfordern. Für
regelmäßig verwendete
Gasturbinen ist eine so lange Stillstandszeit besonders unerwünscht.
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Dementsprechend
haben die Erfinder hier einen Bedarf an einem verbesserten Rotor
und einem verbesserten Verfahren zum Austausch von Laufschaufeln
des Rotors erkannt.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
wird ein Rotor einer Turbomaschine geschaffen. Der Rotor enthält wenigstens
einen ersten und einen zweiten Rotorabschnitt und wenigstens eine
erste und eine zweite Laufschaufel. Der erste und der zweite Rotorabschnitt
sind dazu eingerichtet, um eine Achse zu rotieren. Der erste und
der zweite Rotorabschnitt weisen einen ersten bzw. zweiten Randabschnitt
auf, die durch einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet
sind und dazwi schen eine(n) in Umfangsrichtung verlaufende(n) Aussparung
bzw. Spalt aufweisen. Der erste und der zweite Randabschnitt weisen
eine erste bzw. eine zweite Schwalbenschwanznut auf, die sich durch
ihn hindurch erstreckt und mit dem Umfangsspalt in Verbindung steht.
Die erste und die zweite Laufschaufel weisen einen ersten bzw. zweiten
Schwalbenschwanzabschnitt auf. Der erste Schwalbenschwanzabschnitt
ist in der ersten oder zweiten Schwalbenschwanznut aufgenommen,
und der zweite Schwalbenschwanzabschnitt ist in der anderen von
der ersten und zweiten Schwalbenschwanznut aufgenommen. Der Umfangsspalt
weist eine ausreichende Größe auf,
um die erste und zweite Laufschaufel hindurch zu bewegen, wenn die
erste und zweite Laufschaufel von dem Rotor entfernt werden.
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Es
wird ein Verfahren zum Austausch einer Laufschaufel eines Rotors
gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
geschaffen. Das Verfahren enthält
das Bewegen eines ersten Schwalbenschwanzabschnitts einer ersten
Laufschaufel von einer ersten oder einer zweiten Schwalbenschwanznut
des ersten bzw. zweiten Randabschnitts durch einen Umfangsspalt
hindurch und von dem Rotor weg, so dass die erste Laufschaufel von
dem Rotor entfernt wird. Der Umfangsspalt ist zwischen dem ersten und
dem zweiten Randabschnitt angeordnet und steht mit der ersten und
der zweiten Schwalbenschwanznut in Verbindung. Das Verfahren enthält weiterhin
das Bewegen eines ersten Austauschschwalbenschwanzabschnitts einer
ersten Austauschlaufschaufel durch den Umfangsspalt zu dem ersten
oder zweiten Randabschnitt hin, so dass der erste Austauschschwalbenschwanzabschnitt
in der ersten oder zweiten Schwalbenschwanznut aufgenommen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts einer
Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt mit einem Rotor gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform;
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2 ist
eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung
des in der Gasturbine aus 1 verwendeten
Verdichterabschnitts, wobei die Darstellung innerhalb des mit dem
Bezugszeichen 2 bezeichneten Kreises aufgenommen ist;
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3 ist
eine schematische Darstellung von zwei benachbarten Rotorabschnitten
eines in der Gasturbine aus 1 verwendeten
Rotors;
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4 ist
eine schematische perspektivische Darstellung eines der Rotorabschnitte
des in der Gasturbine aus 1 verwendeten
Rotors;
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5 ist
eine vergrößerte schematische Schnittansicht
des Rotorabschnitts aus 4;
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6 ist
eine vergrößerte schematische Querschnittsdarstellung
eines Abschnitts des in der Gasturbine aus 1 verwendeten
Rotors; und
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Auswechseln einer Laufschaufel
eines Rotors einer Gasturbine gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Rotor einer Turbomaschine und
auf ein Verfahren zum Austausch einer Laufschaufel an dem Rotors
ohne eine Entfernung des gesamten Rotors aus der Turbomaschine und
ohne eine Zerlegung des gesamten Rotors gerichtet. Bei diesen Ausführungsbeispielen
ist der Rotor eine Komponente eines Verdichters einer Gasturbine.
Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Rotor auch eine andere
geeignete Komponente unterschiedlicher Turbomaschinen sein kann. Außerdem wird
weiter in Betracht gezogen, dass die Laufschaufeln an dem Rotor
ausgewechselt werden können,
nachdem der Rotor aus der Turbomaschine entfernt und zerlegt worden
ist.
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Unter
Bezug auf die 1 bis 3: Es wird eine
Turbomaschine, wie z. B. eine Gasturbine 10 geschaffen,
die einen Verdichterabschnitt 12 mit einem Rotor 20 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
aufweist. Der Rotor 20 ist dazu eingerichtet, innerhalb
eines Gehäuses 22 der
Gasturbine 10 zu rotieren. Der Rotor 20 weist
wenigstens einen ersten und einen zweiten Rotorabschnitt 28, 30 und
wenigstens eine erste und eine zweite Laufschaufel 32, 34 auf.
Im Einzelnen sind der erste und der zweite Rotorabschnitt 28, 30 dazu
eingerichtet, innerhalb des Gehäuses 22 um
eine Achse 36 zu rotieren. Der erste und der zweite Rotorabschnitt 28, 30 weisen
einen ersten bzw. einen zweiten Randabschnitt 38, 40 auf, die
um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind und
dazwischen einen Umfangsspalt 42 aufweisen. Der erste und
der zweite Randabschnitt 38, 40 weisen eine erste
bzw. eine zweite Schwalbenschwanznut 44, 46 auf,
die sich durch ihn hindurch erstreckt und mit dem Umfangsspalt 42 in
Verbindung steht. Der Umfangsspalt 42 hat eine ausreichende
Größe, um die
erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 hindurch
zu bewegen, wenn die erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 aus
dem ersten und zweiten Rotorabschnitt 28, 30 entfernt
werden.
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Unter
Bezug auf die 3 bis 5: Der erste
Rotorabschnitt 28 weist eine erste Stufe von Laufschaufeln 48 auf,
die die erste Laufschaufel 32 enthalten. In ähnlicher
Weise weist der zweite Rotorabschnitt 30 eine zweite Stufe
von Laufschaufeln 50 auf, die die zweite Laufschaufel 34 enthalten. Jede
Laufschaufel in der ersten Stufe von Laufschaufeln 48 ist
im Wesentlichen der ersten Laufschaufel 32 ähnlich,
und jede Laufschaufel in der zweiten Stufe von Laufschaufeln ist
im Wesentlichen der zweiten Laufschaufel 34 ähnlich.
Dementsprechend werden unten nur die erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 im
Einzelnen behandelt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die
Laufschaufeln in einer einzelnen Stufe auch voneinander verschieden
sein können.
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Die
erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 weisen
einen ersten bzw. zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 52, 54 auf.
Der erste Schwalbenschwanzabschnitt 52 ist dazu eingerichtet,
in der ersten oder der zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 aufgenommen
zu werden. Weiterhin ist der zweite Schwalbenschwanzabschnitt 54 dazu
eingerichtet, in der anderen von der ersten und zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 aufgenommen
zu werden. In diesem nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel
wird die erste Laufschaufel 32 mit dem ersten Rotorabschnitt 28 verbunden,
indem die erste Laufschaufel 32 durch den Umfangsspalt 42 zu
dem ersten Randabschnitt 38 hin bewegt wird, so dass der
erste Schwalbenschwanzabschnitt 52 in der ersten Schwalbenschwanznut 44 angeordnet
oder aufgenommen ist. Die zweite Laufschaufel 34 wird mit
dem zweiten Rotorabschnitt 30 verbunden, indem die zweite
Laufschaufel 34 durch den Umfangsspalt 42 in Richtung
zu dem zweiten Randabschnitt 40 bewegt wird, so dass der
zweite Schwalbenschwanzabschnitt 54 in der zweiten Schwalbenschwanznut 46 angeordnet
oder aufgenommen ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die erste
Laufschaufel 32 auch mit dem zweiten Rotorabschnitt 30 statt
dem ersten Rotorabschnitt 28 verbunden werden kann und
die zweite Laufschaufel 34 auch mit dem ersten Rotorabschnitt 28 statt
dem zweiten Rotorabschnitt 30 verbunden werden kann.
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Unter
Bezug auf 3: Der Rotor 20 weist weiterhin
wenigstens ein erstes und ein zweites axiales Halterungselement 56, 58 auf,
die dazu eingerichtet sind, den ersten und den zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 52, 54 der
ersten bzw. zweiten Laufschaufel 32, 34 an dem
ersten bzw. zweiten Randabschnitt 38, 40 des ersten
bzw. zweiten Rotorabschnitts 28, 30 festzuhalten.
Ein nicht beschränkendes
Beispiel für
das erste und zweite axiale Halterungselement ist eine Formänderung
wenigstens eines Bereiches des ersten und zweiten Randabschnitts 38, 40,
um den ersten und den zweiten Randabschnitt 38, 40 auf
den ersten und zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 52, 54 in
der ersten und zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 zu
bördeln bzw.
zu klemmen.
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Die
erste Laufschaufel 32 wird von dem ersten Rotorabschnitt 28 getrennt,
indem das erste axiale Halterungselement 56 von dem ersten Randabschnitt 38 und
von dem ersten Schwalbenschwanzabschnitt 52 der ersten
Laufschaufel 32 entfernt wird und danach die erste Laufschaufel 32 von dem
ersten Randabschnitt 38 durch den Umfangsspalt 42 hindurch
und von dem Rotor 20 weg bewegt wird. In gleicher Weise
wird die zweite Laufschaufel 34 von dem zweiten Rotorabschnitt 30 getrennt,
indem das zweite axiale Halterungselement 58 von dem zweiten
Randabschnitt 40 und von dem zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 54 der
zweiten Laufschaufel 34 entfernt wird und danach die zweite
Laufschaufel 34 von dem zweiten Randabschnitt 40 durch den
Umfangsspalt 42 hindurch und von dem Rotor 20 weg
bewegt wird.
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Eine
erste und eine zweite Austauschlaufschaufel können durch den Umfangsspalt 42 zu
dem ersten und dem zweiten Randabschnitt 38, 40 hin
bewegt werden, so dass ein erster Austauschschwalbenschwanzabschnitt
der ersten Austauschlaufschaufel in der ersten oder der zweiten
Schwalbenschwanznut 44, 46 aufgenommen wird und
ein zweiter Austauschschwalbenschwanzabschnitt der zweiten Austauschlaufschaufel
in der anderen von der ersten und zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 aufgenommen
wird. Ein erstes und ein zweites axiales Austauschhalterungselement
können
danach an dem ersten und dem zweiten Austauschschwalbenschwanzabschnitt
angebracht werden, um die erste und die zweite Austauschlaufschaufel
fest an dem Rotor zu haltern. Demnach können die erste und die zweite
Laufschaufel 32, 34 ausgewechselt werden, ohne
den Rotor 20 aus der Gasturbine zu entfernen und den Rotor 20 zu
zerlegen.
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Es
wird in Betracht gezogen, dass die Laufschaufeln an dem äußersten
vorderen und an dem äußersten
hinteren Rotorabschnitt von dem äußersten
vorderen bzw. dem äußersten
hinteren Rotorabschnitt nach vorne bzw. nach hinten bewegt werden können, so
dass die Laufschaufeln von dem Rotor entfernt werden, ohne dass
die Laufschaufeln durch die Umfangsspalten in dem Rotor geführt werden.
In ähnlicher
Weise können
die Austauschlaufschaufeln nach hinten bzw. nach vorne zu dem äu ßersten
vorderen bzw. dem äußersten
hinteren Rotorabschnitt bewegt werden, um die Austauschlaufschaufeln
an dem äußersten
vorderen bzw. dem äußersten
hinteren Rotorabschnitt zu befestigen, ohne dass die Austauschlaufschaufeln
durch die Umfangsspalten in dem Rotor geführt werden.
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Unter
Bezug auf 2: Der Rotor 20 enthält weiterhin
eine ringförmige
Dichtung 60, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten
Rotorabschnitt 28, 30 erstreckt. Die Ringdichtung 60 ist
ein Metallband, das durch ein Paar von Befestigungselementen 62, 64,
die in einem Paar von Öffnungen 66, 68 aufgenommen
sind, die sich durch den ersten bzw. zweiten Rotorabschnitt 28, 30 hindurch
erstrecken, fest mit dem ersten bzw. dem zweiten Rotorabschnitt 28, 30 verbunden
ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die Ringdichtung 60 auch
unter Verwendung von mehr oder weniger als zwei Befestigungselementen 62, 64 fest
an dem ersten und dem zweiten Rotorabschnitt 28, 30 angebracht
werden kann.
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Unter
Bezug auf 6: Es wird ein Rotor 120 gemäß einer
anderen beispielhaften Ausführungsform
geschaffen. Der Rotor 120 weist eine ringförmige Dichtung 160 und
einen ersten und einen zweiten Rotorabschnitt 128, 130 auf
und ist im Wesentlichen dem Rotor 20 aus 3 ähnlich,
der die Ringdichtung 60 und den ersten und den zweiten
Rotorabschnitt 28, 30 aufweist. Der erste und
der zweite Rotorabschnitt 128, 130 weisen jedoch
eine erste und eine zweite ringförmige
Nut 170, 172 auf, die zur Aufnahme der Ringdichtung 160 eingerichtet
sind. Außerdem
weist der erste Rotorabschnitt 128 eine Öffnung 174 auf,
die dazu eingerichtet ist, ein Drehung verhinderndes Sperrelement 176 aufzunehmen,
dass sich von der Ringdichtung 160 erstreckt und eine synchrone
Rotation des ersten Rotorabschnitts 128 und der Ringdichtung 160 wirkt.
Es wird in Betracht gezogen, dass der zweite Rotorabschnitt 130 ebenfalls
eine Öffnung
zur Aufnahme eines Drehung verhindernden Sperrelementes aufweisen kann,
das sich von der Ringdichtung ausgehend erstreckt.
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Unter
Bezug auf 7: Es wird nun ein Verfahren
zum Austausch einer Laufschaufel des Rotors 20 aus den 1 bis 5 erläutert. Der
Rotor 20 ist dazu eingerichtet, es zu ermöglichen,
dass eine oder mehrere Laufschaufeln ausgewechselt werden, ohne den
gesamten Rotor 20 aus der Gasturbine 10 zu entfernen
und den Rotor 20 zu zerlegen. Während die Erläuterung
unten erörtert,
wie zwei oder mehr Laufschaufeln nacheinander ausgewechselt werden können, wird
es auch in Betracht gezogen, dass zwei oder mehr Laufschaufeln gleichzeitig
ausgewechselt werden können,
wenn dies erwünscht
ist.
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In
einem Schritt 300 entfernt ein Bediener das erste axiale
Halterungselement 56 von dem ersten Randabschnitt 38 des
ersten Rotorabschnitts 28 und von dem ersten Schwalbenschwanzabschnitt 52 der
ersten Laufschaufel 32.
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Als
nächstes
bewegt der Bediener in einem Schritt 302 den ersten Schwalbenschwanzabschnitt 52 der
ersten Laufschaufel 32 von der ersten Schwalbenschwanznut 44 des
ersten Randabschnitts 38 durch den Umfangsspalt 42 hindurch
und von dem Rotor 20 weg, so dass die erste Laufschaufel 32 von dem
Rotor 20 entfernt wird.
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Als
nächstes
bewegt der Bediener in einem Schritt 304 eine erste Austauschlaufschaufel
durch den Umfangsspalt 42 zu dem ersten Randabschnitt 38 hin,
so dass der erste Austausch schwalbenschwanzabschnitt der ersten
Austauschlaufschaufel in der ersten Schwalbenschwanznut 44 aufgenommen
wird.
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Als
nächstes
befestigt der Bediener in einem Schritt 306 ein erstes
axiales Austauschhalterungselement an dem ersten Randabschnitt 38 des
ersten Rotorabschnitts 28 und an dem ersten Austauschschwalbenschwanzabschnitt
der ersten Austauschlaufschaufel.
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Als
nächstes
entfernt der Bediener in einem Schritt 308 das zweite axiale
Halterungslement 58 von dem zweiten Randabschnitt 40 des
zweiten Rotorabschnitts 30 und von dem zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 54 der
zweiten Laufschaufel 34.
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Als
nächstes
bewegt der Bediener in einem Schritt 310 den zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 54 der
zweiten Laufschaufel 34 von der zweiten Schwalbenschwanznut 46 des
zweiten Randabschnitts 40 durch den Umfangsspalt 42 hindurch
und von dem Rotor 20 weg, so dass die zweite Laufschaufel 34 von
dem Rotor 20 entfernt wird.
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Als
nächstes
bewegt der Bediener in einem Schritt 312 eine zweite Austauschlaufschaufel
durch den Umfangsspalt 42 zu dem zweiten Randabschnitt 40 hin,
so dass der zweite Austauschschwalbenschwanzabschnitt der zweiten
Austauschlaufschaufel in der zweiten Schwalbenschwanznut 46 aufgenommen
wird.
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Als
nächstes
bringt der Bediener in einem Schritt 314 ein zweites axiales
Austauschhalterungselement an dem zweiten Randabschnitt 40 des
zweiten Rotorabschnitts 30 und an dem zweiten Austauschschwalbenschwanzabschnitt
der zweiten Austauschlaufschaufel an.
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Der
Rotor und die Verfahren, die hierin beschrieben sind, bieten einen
wesentlichen Vorteil gegenüber
anderen Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere bewirkt der Rotor
den technischen Effekt des Austausches von Rotorlaufschaufeln ohne
das Entfernen des Rotors aus einer Gasturbine und ohne Zerlegung
des Rotors.
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Es
wird ein Rotor 20 einer Turbomaschine geschaffen. Der Rotor 20 enthält wenigstens
einen ersten und einen zweiten Rotorabschnitt 28, 30 und wenigstens
eine erste und eine zweite Laufschaufel 32, 34.
Der erste und der zweite Rotorabschnitt 28, 30 sind
zur Rotation um eine Achse 36 eingerichtet. Der erste und
der zweite Rotorabschnitt 28, 30 weisen einen
ersten bzw. zweiten Randabschnitt 38, 40 auf,
die um einen vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet angeordnet
sind und dazwischen einen Umfangsspalt aufweisen. Der erste und
der zweite Randabschnitt 38, 40 weisen eine erste
bzw. zweite Schwalbenschwanznut 44, 46 auf, die
sich durch den entsprechenden Randabschnitt hindurch erstrecken
und mit dem Umfangsspalt 42 in Verbindung stehen. Die erste
und die zweite Laufschaufel 48, 50 weisen einen
ersten bzw. zweiten Schwalbenschwanzabschnitt 52, 54 auf.
Der erste Schwalbenschwanzabschnitt 52 ist in der ersten
oder der zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 angeordnet,
und der zweite Schwalbenschwanzabschnitt 54 ist in der anderen
von der ersten und zweiten Schwalbenschwanznut 44, 46 angeordnet.
Der Umfangsspalt 42 weist eine ausreichende Größe auf,
um die erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 hindurchzuführen, wenn
die erste und die zweite Laufschaufel 32, 34 aus
dem Rotor 20 entfernt werden.
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Während die
Erfindung unter Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform
beschrieben worden ist, können
zahlreiche Änderungen
vorgenommen und Äquivalente
für die
Elemente der Erfindung eingesetzt werden, ohne von dem Bereich der
Erfindung abzuweichen. Außerdem
können
zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation
oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen,
ohne von dem wesentlichen Bereich der Erfindung abzuweichen. Demnach
ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf eine hierin beschriebene
spezielle Ausführungsform
beschränkt
ist, sondern alle Ausführungsformen einschließt, die
in den Bereich der beigefügten
Ansprüche
fallen.
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- 10
- Gasturbine
- 12
- Verdichterabschnitt
- 20
- Rotor
- 22
- Gehäuse
- 28
- Erster
Rotorabschnitt
- 30
- Zweiter
Rotorabschnitt
- 32
- Erste
Laufschaufel
- 34
- Zweite
Laufschaufel
- 36
- Achse
- 38
- Erster
Randabschnitt
- 40
- Zweiter
Randabschnitt
- 42
- Umfangsspalt
- 44
- Erste
Schwalbenschwanznut
- 46
- Zweite
Schwalbenschwanznut
- 48
- Laufschaufel
- 50
- Laufschaufel
- 52
- Erster
Schwalbenschwanzabschnitt
- 54
- Zweiter
Schwalbenschwanzabschnitt
- 56
- Erstes
axiales Halterungselement
- 58
- Zweites
axiales Halterungselement
- 60
- Ringdichtung
- 62
- Befestigungselement
- 64
- Befestigungselement
- 66
- Öffnung
- 68
- Öffnung
- 120
- Rotor
- 128
- Erster
Rotorabschnitt
- 130
- Zweiter
Rotorabschnitt
- 160
- Ringdichtung
- 170
- Erste
Ringnut
- 172
- Zweite
Ringnut
- 174
- Öffnung
- 176
- Sperrelement