DE19507673A1 - Leitrad für Turbomaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leitrad für Turbomaschinen mit einer Vielzahl von Einzelschaufeln, welche jeweils einzeln oder gruppenweise zusammengefaßt einen Schaufelsegmentfuß ausbilden, wobei die Schaufelsegmentfüße im Bereich ihres inneren Bogens mit Tragsegmenten für einen Dichtungsbelag lösbar verbunden sind.

Die von den Tragsegmenten gehaltenen Dichtungsbeläge haben die Aufgabe mit rotierenden Teilen der Turbomaschine, insbesondere mit am Rotor ausgebildeten Dichtlippen zusammenzuwirken, um so Räume unterschiedlichen Druckes innerhalb der Turbomaschine voneinander zu trennen. Üblicherweise werden die Dichtungs­ beläge als sogenannte Anstreifbeläge ausgebildet, die der Abnutzung unterliegen und demzufolge leicht auswechselbar sein sollen. Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der vorgegebenen Randbedingungen die Verbindung der Tragsegmente mit den Dich­ tungsbelägen einerseits mit den Schaufelsegmentfüßen (in ihrer Gesamtheit auch als Innendeckband bezeichnet) andererseits Probleme aufwerfen.

Im Stand der Technik ist es bekannt, diese Verbindung als Lötverbindung auszubil­ den. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß beim Auswechseln der Dich­ tungsbeläge die Schaufeln einer Wärmebehandlung unterzogen werden müssen, was nachteilige Wirkung auf die Werkstoffeigenschaften der Schaufeln zur Folge haben kann.

Eine andere Lösung im Stand der Technik ist die sogenannte Hakenverbindung, unter der radial sich übergreifende Ringnuten zwischen Tragsegmenten einerseits und Schaufelsegmentfüßen andererseits zu verstehen sind. Ein Nachteil dieser Lösung besteht u. a. im relativ hohen Gewicht.

Eine weitere im Stand der Technik bekannte Lösung sieht eine Nietverbindung zwi­ schen den Tragsegmenten und den Schaufelsegmentfüßen vor, die allerdings den Nachteil relativ hohen Montageaufwands und zusätzlich hohen Platzbedarf aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein gattungsgemäßes Leitrad zu schaffen, bei dem die Verbindung zwischen Schaufelsegmentfüßen und Tragsegmen­ ten mit geringem Bauaufwand herstellbar ist, möglichst geringes Baugewicht und nur geringen Platzbedarf erfordert und darüber hinaus ohne Beeinträchtigung der Ein­ zelschaufeln selbst leicht und schnell lösbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Komponenten Schaufelsegmentfüße einerseits und Tragsegmente andererseits Ringflansche aus­ bilden, die mit einander angepaßten stirnseitigen Ringflächen ineinander gesteckt sind, wobei zur Sicherung der Steckverbindung in den Paßflächen einer Komponente jeweils eine Ringnut vorgesehen ist, deren Querschnittsprofil sich mit dem der ge­ genüberliegenden Ringnut der anderen Komponente zu einem Gesamtquerschnitts­ profil ergänzt und ein diesem Gesamtquerschnittsprofil angepaßter Sicherungsdraht jeweils in ein Nutpaar eingefügt ist.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Verbindung von Schaufelsegmentfüßen und Tragsegmenten löst nicht nur die gestellten Aufgaben, sondern hat zusätzlich den Vorteil, daß sie bezüglich der Bogenlängen von Schaufelsegmentfüßen und Tragseg­ menten anpassungsfähig ist, d. h. es können sowohl Schaufelsegmentfüße unter­ schiedlicher Bogenlängen verwendet werden als auch Tragsegmente. Dabei können die Bogenlängen nur kurz ausgebildet sein, d. h. es kann für jede Einzelschaufel ein Segmentfuß vorgesehen sein oder die Länge kann sich maximal bis zu einem Halb­ kreisbogen erstrecken. Die Teilung der Schaufelsegmentfüße kann völlig unabhängig von der Teilung der Tragsegmente gewählt werden, was darauf hinausläuft, daß die Tragsegmente kürzere oder längere Bogenlängen als die Schaufelsegmentfüße auf­ weisen können. Die einzige Anpassung, die dann vorzunehmen ist, besteht darin, daß die Länge der jeweils verwendeten Sicherungsdrähte an die Bogenlänge der verwen­ deten Schaufelsegmentfüße bzw. Tragsegmente angepaßt wird. Für eine einwand­ freie Sicherungsfunktion ist es jedoch wünschenswert, daß die Ringnuten zur Paß­ fläche jeweils Rechtwinkelschultern oder zumindest nahezu Rechtwinkelschultern ausbilden. Dadurch wird ein ungewünschtes Verklemmen der Komponenten verhin­ dert.

Vorteilhaft ist es, wenn der Sicherungsdraht ein Kreisprofil aufweist, da dann han­ delsübliche Drähte Verwendung finden können. Notwendig ist das Kreisprofil jedoch nicht, sondern es können auch andere Profilformen, z. B. Ellipsenprofil oder auch polygonale Profile für den Sicherungsdraht verwendet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß zumindest ein Drahtende zur Verhinderung einer Verschiebung des Sicherungsdrahtes in Umfangsrichtung umgebogen ist und an einem angepaßten Anschlag eines der Ringflansche anliegt. Ein solches Umbiegen des Drahtendes kann dabei sowohl in einer Radialebene erfolgen als auch in Axialrichtung. Überlicherweise wird man ein Umbiegen im rechten Win­ kel anwenden. Jedoch sind vom rechten Winkel abweichende Biegewinkel möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Nutbreite der Ringnu­ ten geringfügig größer als die mittlere radiale Erstreckung des Sicherungsdrahtes. Durch diese Ausbildung wird zwischen den beiden verbundenen Komponenten Trag­ segment einerseits und Schaufelsegmentfuß andererseits, geringes radiales Spiel zugelassen, was im Hinblick auf Wärmedehnung vorteilhaft sein kann.

Zur Vermeidung von unerwünschten Dehnungsbewegungen zwischen Tragsegmen­ ten einerseits und Schaufelsegmentfüßen andererseits ist es vorteilhaft, wenn die Komponenten Schaufelsegmentfüße und Tragsegmente im zusammengefügten Zu­ stand einen Ringraum ausbilden, in den Federspangen eingesetzt sind, die die beiden Komponenten gegeneinander verspannen.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht in Axialrichtung (I-I gem. Fig. 2) eines Turbomaschinen­ leitrades schematisch,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Leitrad gemäß Fig. 1 entsprechend II-II,

Fig. 3 die Verbindung von Schaufelsegmentfuß und Tragsegment für den Dichtungsbelag in der Schnittdarstellung gem. Fig. 2 vergrößert,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Tragsegmente ohne Dichtungsbelag gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend V-V aus Fig. 3 im Bereich der umgeboge­ nen Enden von Sicherungsdrähten.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Axialansicht des Leitrades einer Turbomaschine umfaßt einen Außenring 7, eine Vielzahl von Einzelschaufeln 1 und einen Innenring, der aus Schaufelsegmentfüßen 2 und mit diesen verbundenen Tragsegmenten 3 be­ steht. Der Außenring 7 des Leitrades kann als einstückiger Ring ausgebildet sein, der dann an einer Stelle des Umfangs eine Einfädelstelle für die Leitschaufeln 1 aufwei­ sen muß, oder er kann mehrfach geteilt sein, so daß er, wie auch der Innenring aus mehreren Segmentstücken besteht. Die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 darge­ stellten Schaufelsegmentfüße 2 tragen jeweils vier Einzelschaufeln; es ist jedoch jede andere Bogenlänge der Schaufelsegmentfüße 2 denkbar, d. h. sowohl ein Schaufel­ segmentfuß für eine Leitschaufel 1, als auch ein Segmentfuß, der sich bis zu einen Bogen von 180° erstreckt. Mit den Schaufelsegmentfüßen 2 und zwar im Bereich jedes inneren Bogens sind Tragsegmente 3 verbunden, die einen Dichtungsbelag 4 am Innenumfang aufweisen, der bei zusammengestellter Turbomaschine mit Dichtkanten 81 eines Rotors 8 zusammenwirkt (vergl. Fig. 2). Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Tragsegmente 3 über die gleiche Bogenlänge wie die Schaufelseg­ mentfüße 2, sind jedoch mit ihren Teillugen versetzt gegen die Teilfügen der Schau­ felsegmentfüße 2 angeordnet. Die nachfolgend beschriebene Verbindungstechnik zwischen Schaufelsegmentfüßen 2 einerseits und Tragsegmenten 3 andererseits er­ laubt jedoch eine unterschiedliche Bogenlänge zwischen Tragsegmenten und Schau­ felsegmentfüßen. Es ist also denkbar, daß z. B. zwei oder mehr Tragsegmente pro Schaufelsegmentfuß vorgesehen sind oder auch umgekehrt.

Die lösbare Verbindung zwischen Schaufelsegmentfüßen 2 und Tragsegmenten 3 ergibt sich aus dem Querschnitt gem. Fig. 2. Jeder Schaufelsegmentfuß 2 weist beid­ seitig einen Ringflansch 21 auf, der jeweils eine stirnseitige Ringfläche 22 ausbildet. Die Tragsegmente 3 weisen Ringflansche 31 auf, die stirnseitige Ringflächen 32 ausbilden. Die Ringflächen 22 und 32 (vergl. Fig. 3) der Schaufelsegmentfüße bzw. Tragsegmente sind einander angepaßt, so daß die Komponenten ineinandersteckbar sind, wie in Fig. 2 dargestellt. Zur Sicherung der Steckverbindung weisen die stirn­ seitigen Paßflächen (= Ringflächen 22, 32) jeder Komponente jeweils eine Ringnut 23, 33 auf, deren Querschnittsprofil sich mit dem der gegenüberliegenden Ringnut der anderen Komponente zu einem Gesamtquerschnittsprofil ergänzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat jede der Ringnuten in etwa Halbkreisprofil, so daß sich die beiden gegenüberliegenden Ringnuten zu einem Vollkreisprofil ergänzen. In diesen, von jeweils einem Nutpaar 23, 33 gebildeten Ringraum mit kreisförmigem Profil ist ein Sicherungsdraht 5 eingefügt. Das Einfügen erfolgt vorzugsweise nach dem Inein­ anderstecken der beiden Komponenten. Es kann jedoch auch der Sicherungsdraht 5 in die Ringnut einer der beiden Komponenten eingesetzt werden und die andere Kom­ ponente dann in Umfangsrichtung in die erste Komponente eingeschoben werden. In dem vergrößerten Querschnitt gem. Fig. 3 ist die Verbindung zwischen dem Schau­ felsegmentfuß 2 und dem Tragsegment 3 im Detail dargestellt.

Fig. 4 zeigt das Tragsegment 3 in der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 3 isoliert dargestellt. Die Nutbreite b der Ringnut 33 soll vorzugsweise etwas größer sein als die radiale Erstreckung d des Sicherungsdrahtes 5, wobei bei kreisförmigem Quer­ schnitt des Sicherungsdrahtes 5 unter radialer Erstreckung d der Durchmesser des Sicherungsdrahtes zu verstehen ist. Auch die Breite der komplementären Nut 23 des Schaufelsegmentfußes 2 kann geringfügig größer sein als die radiale Erstreckung des Sicherungsdrahtes. Diese breitere Ausführung der Nuten ermöglicht geringes Spiel in Radialrichtung zwischen Tragsegment und Schaufelsegmentfuß. Um ungewünschte Bewegungen (Klappern) bzw. Schwingungen zwischen Schaufelsegmentfuß 2 und Tragsegment 3 zu vermeiden, ist vorzugsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, in einen zwischen den beiden Komponenten gebildeten Ringraum R eine Federspange 6 ein­ gesetzt, die die beiden Komponenten gegeneinander verspannt. Soweit die Feder­ spange 6 flächig an den Komponenten anliegt, hat sie gleichzeitig die Wirkung eines Reibungsschwingungsdämpfers.

Die Länge des Sicherungsdrahtes 5 kann unterschiedlich gewählt werden und ist nicht an die Bogenlänge eines Tragsegments oder eines Schaufelsegmentfußes gebunden. Um ein Wandern des Sicherungsdrahtes 5 in Umfangsrichtung zu verhindern, ist zumindest ein Drahtende 51 (vergl. Fig. 5) umgebogen und liegt an einem angepaß­ ten Anschlag 24 des Schaufelsegmentfußes 2 an. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein zweiter Sicherungsdraht 5 gezeigt, dessen Ende nach der anderen Rich­ tung umgebogen ist. Diese Darstellung ist lediglich gewählt um zu zeigen, daß das Ende des Sicherungsdrahtes in unterschiedlicher Weise umgebogen sein kann, um diesen gegen Bewegung in Umfangsrichtung zu sichern. Auch ein Umbiegen nach radial außen oder radial innen, wie es in den Figuren nicht dargestellt ist, kommt in Betracht.

Claims (7)

1. Leitrad für Turbomaschinen mit einer Vielzahl von Einzelschaufeln (1), wel­ che jeweils einzeln oder gruppenweise zusammengefaßt einen Schaufelseg­ mentfuß (2) ausbilden, wobei die Schaufelsegmentfüße im Bereich ihres inne­ ren Bogens mit Tragsegmenten (3) für einen Dichtungsbelag (4) lösbar ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten Schaufelseg­ mentfüße (2) einerseits und Tragsegmente (3) andererseits Ringflansche (21, 31) ausbilden, die mit einander angepaßten stirnseitigen Ringflächen (22, 32) ineinandergesteckt sind, wobei zur Sicherung der Steckverbindung in den stirnseitigen Paßflächen (22, 32) einer Komponente jeweils eine Ringnut (23, 33) vorgesehen ist, deren Querschnittsprofil sich mit dem der gegenüberlie­ genden Ringnut der anderen Komponente zu einem Gesamtquerschnittsprofil ergänzt und ein diesem Gesamtquerschnittsprofil angepaßter Sicherungsdraht (5) jeweils in ein Nutpaar (23, 33) eingefügt ist.

2. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsdraht (5) Kreisprofil aufweist.

3. Leitrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest ein Drahtende (51) zur Verhinderung einer Verschiebung des Siche­ rungsdrahtes (5) in Umfangsrichtung umgebogen ist und an einem angepaßten Anschlag (24, 34) eines der Ringflansche (21, 31) anliegt.

4. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut­ breite (b) der Ringnuten (23, 33) geringfügig größer ist als die mittlere radiale Erstreckung (d) des Sicherungsdrahtes (5).

5. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Siche­ rungsdraht (5) aus Federstahl besteht.

6. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bo­ genlänge der Schaufelsegmentfüße (2) unterschiedlich zur Bogenlänge der Tragsegmente (3) gewählt ist.

7. Leitrad nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schau­ felsegmentfüße (2) und die Tragsegmente (3) im zusammengefügten Zustand einen Ringraum (R) ausbilden, in den Federspangen (6) eingesetzt sind, die die Schaufelsegmentfüße (2) gegenüber den Tragsegmenten (3) verspannen.