DE3341871C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialverdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein bekannter Axialverdichter besitzt Leitschaufeln, die auf dünnen Tragring-Segmenten zu jeweils zwei Leitschau­ felreihen angeordnet und offenbar durch Vernietung der Leitschaufelfüße befestigt sind. Das Einhalten der ge­ forderten genauen Ausrichtung der Leitschaufeln ist durch diese Befestigungsart im Zusammenhang mit den dün­ nen Tragring-Segmenten erschwert und ein Austausch ein­ zelner Leitschaufeln nur mit großem Aufwand durchführ­ bar. Da zudem die Leitschaufelreihe in nur zwei Segmente unterteilt ist, die demnach einen Zentriwinkel von 180° Grad aufweisen, ist das Einhalten der geforderten radia­ len Ausrichtung noch weiter erschwert und zusätzlich der Einbau dieser großen Segmente in die zugeordneten Ring­ nuten aufwendig, was insbesondere für Axialverdichter hoher Leistung zutrifft, deren Leitschaufelreihen einen entsprechend großen Durchmesser aufweisen.

Ein Axialverdichter der eingangs genannten Art ist aus der GB-PS 7 16 391 bekannt geworden. Zur Fixierung der Segmente ist ein Schraubenbolzen vorgesehen, der in eine in Längsrichtung verlaufende Nut am Segment eingreift.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialverdichter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Einbrin­ gen der die Leitschaufeln tragenden Segmente in die vor­ gesehenen Ringnuten sowie deren sichere Befestigung leicht durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Aufgrund der Aufteilung der Segmente in Teilsegmente mit einem Zentriwinkel von 20° bis 60° vorzugsweise von 30° bis 45° erweist sich der radial nach innen ausgerichtete und Federbelastung in eine zugeordnete Öffnung des Seg­ mentes eingreifende Haltestift besonders vorteilhaft für eine Sicherung und trotzdem leicht lösbare periphere Fixierung der Segmente. Insgesamt wird durch die erfin­ dungsgemäße Ausbildung eine vereinfachte Herstellung mit leichter Montage bzw. Demontage vereint, so daß der Ge­ samtaufwand gering ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Leitschaufelfüße in Nuten, die sich über die gesamte axiale Breite der jeweils nur die Leitschaufeln einer einzigen Leitschaufelreihe tragenden Segmente er­ strecken, in radialer und peripherer Richtung form­ schlüssig und lösbar befestigt und durch Anlage an die Flanken der Ringnut in axialer Richtung arretiert sind, und daß die Segmente jeweils einen Zentriwinkel von 20° bis 60°, vorzugsweise 30° bis 45°, aufweisen und durch mindestens je einen Haltestift, der im Grund der Ringnut angeordnet und radial nach innen ausgerichtet ist sowie durch Federbelastung in eine zugeordnete Radialöffnung des Segmentes eingreift, in peripherer Richtung fixiert sind.

Durch diese Art der Befestigung der Leitschaufeln in den Segmenten ist die streng radiale Ausrichtung der Leit­ schaufeln nicht gefährdet bei gleichzeitiger einfacher Austauschbarkeit einzelner Schaufeln. Da die in radialer und peripherer Richtung formschlüssige Festlegung der Leitschaufeln in den Segmenten eine radiale Wandstärke dieser Segmente bewirkt, welche für die Aufnahme der den Formschluß bewirkenden Profilierungen ausgelegt ist, er­ gibt sich bei der üblichen Form solcher Profilierungen eine radiale Wandstärke der Segmente, die gute Steifig­ keit und geringe Verformung während des Betriebs zur Folge hat. Hierdurch lassen sich die im Betrieb auftre­ tenden Schaufelschwingungen genauer vorausberechnen und durch geeignete konstruktive Maßnahmen so legen, daß keine Resonanzerscheinungen auftreten. Durch die Be­ schränkung des Zentriwinkels der Segmente auf 20° Grad bis 60° Grad, vorzugsweise 30° Grad bis 45° Grad, ist deren Bearbeitung und Montage oder Demontage ohne Schwierigkeiten durchzuführen. Hierbei erweist sich der radial nach innen ausgerichtete und durch Federbelastung in eine zugeordnete Öffnung des Segmentes eingreifender Haltestift besonders vorteilhaft für eine sichere und trotzdem leicht lösbare periphere Fixierung der Segmen­ te. Insgesamt gesehen, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung vereinfachte Herstellung mit leichter Montage bzw. Demontage vereint, so daß der Gesamtaufwand gering ist.

Um die Festlegung der Leitschaufelfüße in den Nuten so­ wie die Ausbildung der Leitschaufeln zu vereinfachen, ist es empfehlenswert, daß jede Nut entsprechend der Schrägstellung der zugehörigen Leitschaufel, bezogen auf eine die Längsachse enthaltende Ebene, schräg im Segment verläuft.

Für die formschlüssige Festlegung der Leitschaufelfüße in den Segmenten stehen dem Fachmann verschiedene Mög­ lichkeiten zur Verfügung. Eine besonders empfehlenswerte Festlegung, die Einfachheit mit Sicherheit verbindet, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin be­ stehen, daß jeder Leitschaufelfuß hammerkopfartig ausge­ bildet und in der entsprechend geformten Nut gehalten ist.

Eine andere sich günstig auf die Festlegung der Leit­ schaufeln auswirkende Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß jede Leitschaufel durch mindestens eine am radialen Ende des Leitschaufelfußes in einer Bohrung geführte Schraubenfeder radial nach innen ge­ drückt ist. Die Schraubenfeder stützt sich hierbei am Grund der Nut ab.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Leitschaufelreihe an der Peripherie ihrer Tragring-Segmente eine ringförmige Um­ fangsnut aufweist, die durch den Bereich der Radial­ öffnungen der einzelnen Segmente verläuft und eine sol­ che Tiefe besitzt, daß zwischen dem Grund der Umfangsnut und dem Radialstift ein Keil einschiebbar ist zum Her­ ausdrücken der Haltestifte aus den Radialöffnungen. Hierdurch ist es möglich, für den Ausbau der Trag-Seg­ mente deren periphere Fixierung auf einfache Weise auf­ zuheben.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispieles im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines Axialverdichters in teilweise geschnittener Seitenansicht,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie II-II in anderem Maßstab,

Fig. 3 einen peripheren Schnitt gemäß der Schnitt­ linie III-III, wobei die Schnittfigur in die Zeichenebene abgewickelt ist,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3 gemäß der Schnittlinie IV-IV in etwas größerer Darstellung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 gemäß der Schnittlinie V-V in etwas größerer Darstellung,

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 entsprechend der Schnittlinie VI-VI in etwas größerer Darstellung und

Fig. 7 die perspektivische Darstellung eines Leit­ schaufelfußes als Einzelheit.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Axialverdichters in Seitenansicht dargestellt, wobei der obere Bereich axial geschnitten ist. Man erkennt das Verdichtergehäuse 10, das einen oberen halbkreisförmigen Teil 12 sowie einen unteren ebenfalls halbkreisförmigen Teil 14 aufweist, der nur bereichsweise dargestellt ist. Beide Teile 12, 14 sind mit radial nach außen gerichteten Flanschen 16 versehen und durch angedeutete Schrauben 18 miteinander verbunden. Die Trennebene der Teile 12 und 14 verläuft horizontal und durch die Längsachse 28 des Axialverdich­ ters. Die Gasdurchströmung des Axialverdichters erfolgt von rechts nach links.

Im kreisringförmigen Verdichtergehäuse 10 sind innen umlaufende Ringnuten 20 mit axialem Abstand eingearbei­ tet, in denen die Leitschaufeln 22 gehalten sind, wobei die Leitschaufeln jeder Ringnut eine peripher umlaufende Leitschaufelreihe 23 bilden. Zwischen den Leitschaufeln 22 sind die Laufschaufeln 24 angeordnet und auf einer Welle 26 befestigt, deren Längsachse 28 angedeutet ist.

Die Leitschaufeln 22 sind nicht direkt in den Ringnuten 20, welche im dickwandigen Verdichtergehäuse 10 eingear­ beitet sind, angeordnet, sondern es sind Tragring-Seg­ mente 30 formschlüssig in den Ringnuten 20 fixiert und die Leitschaufeln 22 ihrerseits ebenfalls formschlüssig an den Tragring-Segmenten befestigt.

In Fig. 1 erkennt man noch die Umfangsnuten 32, die an den Umfangsflächen der Tragring-Segmente 30 eingearbei­ tet sind. Die Nuten haben hierbei rechteckförmigen Quer­ schnitt. Einzelheiten über diese Umfangsnuten 32 sowie über die Befestigungsart der Leitschaufeln sind in den folgenden Figuren besser zu erkennen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II durch Fig. 1, wobei nur ein Ausschnitt der Leit­ schaufelreihe 23 dargestellt ist. Man erkennt ein Trag­ ring-Segment 30 an das sich weitere Tragring-Segmente zu einem Tragring anschließen. Zwischen den einzelnen Seg­ menten sind hierbei radial verlaufende Ausdehnungsspalte 34 vorgesehen. Die periphere Weite dieser Ausdehnungs­ spalte ist so gewählt, daß bei den vorgegebenen Be­ triebsbedingungen eine spannungsfreie periphere Aus­ dehnung der Tragring-Segmente möglich ist. Der Zentri­ winkel dieser Tragringsegmente liegt zwischen 20° und 60°. Jedoch ist zu beachten, daß sich eine Auftei­ lung des Tragringes in Segmente solcher Größe ergibt, daß diese sich nicht über die Trennfuge zwischen den beiden Flanschen 16 hinaus von einem Teil, z. B. 12, ins andere Teil, z. B. 14, erstrecken. Hierdurch wäre näm­ lich der Zusammenbau der Gehäuseteile erschwert.

Jedes Segment 30 weist zwischen zwei benachbarten Leit­ schaufeln an seiner peripher verlaufenden Umfangsfläche eine Radialöffnung 36 in Form einer radial verlaufenden Sacklochbohrung auf. In diese Radialöffnung 36 greift ein im Profil angepaßter radial verlaufender Haltestift 38 ein. Dieser Haltestift ist in einer entsprechenden Bohrung des Verdichtergehäuses 10 geführt und durch eine Schraubenfeder 40 radial nach innen beaufschlagt. Um hierbei die Gesamtlänge der Bohrung zu verkürzen, weist der Haltestift 38 ebenfalls ein Sackloch auf, in das die Schraubenfeder 40 eingreift. Durch den Haltestift 38 wird das Tragring-Segment 30 in peripherer Richtung fi­ xiert. Die Haltestifte 38 jeder Leitschaufelreihe 23 sind auf einer Radialebene angeordnet. Weitere Einzel­ heiten über die Anordnung sind Fig. 5 zu entnehmen, wel­ che einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie V-V zeigt.

Um die periphere Fixierung der Segmente 30 im Falle ei­ ner Demontage aufheben zu können, weisen die Segmente 30 jeder Leitschaufelreihe die peripher umlaufende Umfangs­ nut 32 auf. Diese Umfangsnut weist ein rechteckförmiges Profil auf und verläuft durch den Bereich der Radialöff­ nungen 36 der Segmente 30 und hat eine solche radiale Tiefe, daß zwischen dem Grund der Umfangsnut 32 und dem radialen Ende des Haltestiftes 38 ein Keil eingeschoben und hierdurch der Haltestift aus dem Segment geschoben werden kann, so daß dieses frei ist. Ein solcher in den Figuren nicht dargestellter Keil wird vom peripheren Ende eines Segmentes in die Umfangsnut 32 eingeschoben.

Aus dem Querschnitt gemäß Fig. 5 ist die formschlüssige radiale und axiale Festlegung des Tragring-Segmentes 30 im Axialverdichtergehäuse 10 deutlich zu erkennen. Jedes Segment 30 weist ungefähr einen rechteckförmigen Quer­ schnitt auf, dessen axiale Länge auf die Länge der Leit­ schaufelfüße und dessen radiale Wandstärke auf die Pro­ filierungen der Leitschaufelfüße abgestimmt ist. Zur axialen Führung des Segmentes 30 liegen seine Seiten­ flächen 42 an den Flanken 44 der Ringnut 20 an. Für die radiale Fixierung und Führung weist die Ringnut 20 in der Nähe des Nutgrundes axial verlaufende und in den Innenraum der Nut zeigende ringförmige Vorsprünge 46 auf. Diese Vorsprünge 46 greifen in entsprechend geform­ te ringförmige Ausnehmungen der Segmente 30 ein, so daß die Segmente 30 in radialer Richtung formschlüssig durch Hintergriff dieser Vorsprünge 46 gehalten sind, wie dies sehr deutlich aus Fig. 5 zu erkennen ist.

Jedes Segment 30 ist somit durch die Vorsprünge 46 und die Haltestifte 38 formschlüssig und doch lösbar im Ver­ dichtergehäuse 10 festgelegt. Hierbei ist es vorteil­ haft, wenn die radialen Endflächen 48 der Segmente 30 am Grund der Nut 20 anliegen.

Wie aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind an jedem Segment 30 mehrere Leitschaufeln 22 befestigt, deren Anzahl von der Größe des Zentriwinkels , das heißt von der peripheren Erstreckung des Segmentes, so­ wie von der Bauart und Baugröße des Axialverdichters abhängt. Jede Leitschaufel 22 weist einen Leitschaufel­ fuß 50 auf, der gegenüber dem Profil der Leitschaufel verdickt ist (vergl. auch Fig. 7). Der Leitschaufelfuß 50 ist hammerkopfartig ausgebildet, er weist demnach an seinem radialen Ende beidseitige Vorsprünge 52 auf, die sich über die gesamte axiale Länge des Leitschaufelfußes erstrecken. Jeder Leitschaufelfuß 50 ist in einer zuge­ ordneten und zum Innenraum offenen in Richtung der Längsachse des Axialverdichters verlaufenden Nut 54 ge­ lagert. Hierbei liegen die ebenen Seitenwände 56 sowie die ebenfalls ebene Endfläche 58 des Schaufelfußes an entsprechenden Wänden der Nut 54 an, so daß im Zusammen­ hang mit den Vorsprüngen 52, welche einen Hintergriff der Nut bilden, jede Leitschaufel 22 formschlüssig und lösbar in peripherer und radialer Richtung fixiert ist.

Wie weiter aus Fig. 3 zu erkennen ist, verlaufen die Leitschaufeln in axialer Richtung schräg zu einer Ebene, die durch die angedeutete Längsachse 28 des Axialver­ dichters gelegt ist. Dementsprechend schräg sind auch die Nuten 54 in die Segmente 30 eingearbeitet, wobei sich diese Nuten über die gesamte axiale Breite der Seg­ mente erstrecken, so daß die Leitschaufelfüße 50 in die Nuten 54 eingeschoben werden können. Aus Fig. 3 ist auch zu ersehen, daß sich die in der Draufsicht rhombenförmi­ gen Leitschaufelfüße 50 über die gesamte axiale Breite b des Segments 30 erstrecken, das heißt, die Leitschaufel­ füße 50 enden bündig mit dem Segment. Hierdurch liegen die Leitschaufelfüße 50 mit ihren Enden 60 an den Flan­ ken 62 der Ringnut 20 an, so daß die Leitschaufelfüße in axialer Richtung festgelegt und im Zusammenhang mit der vorgeschriebenen Festlegung nach allen Richtungen fi­ xiert sind.

Hierzu wird noch auf Fig. 4 verwiesen, die einen Quer­ schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3 gemäß der Schnittlinie IV-IV zeigt. Man erkennt dort zusätzlich, daß im Bereich zwischen den beiden gleichweit vorstehen­ den Vorsprüngen 46 der Leitschaufelfuß in axialer Rich­ tung an beiden Enden verkürzt sein muß, so daß der Leit­ schaufelkopf dort eine Stufe 64 aufweist, wie insbeson­ dere auch aus Fig. 7 zu erkennen ist. Die beidseitige axiale Verkürzung des Leitschaufelfußes ist erforder­ lich, um das mit Leitschaufeln bestückte Tragringsegment in die zugeordnete Ringnut einführen zu können, denn die im Bereich der Vorsprünge 46 liegende Verkürzung schafft Raum für die Vorsprünge 46.

Die zweite Leitschaufel von links der Fig. 2 weist be­ züglich der Befestigung des Leitschaufelfußes eine Va­ riante auf. Wie besser aus dem Querschnitt gemäß Fig. 6 zu entnehmen ist, sind in der radialen ebenen Endfläche 58 des Leitschaufelfußes zwei radial verlaufende Sack­ lochbohrungen 66 vorgesehen, die bezüglich der Mitten­ ebene 68 der Leitschaufeln symmetrisch angeordnet sind. In diesen Bohrungen 66 sind Schraubenfedern 70 angeord­ net, die sich am Grund der Nut 54 abstützen und somit die Leitschaufeln 22 radial nach innen drücken. Hier­ durch ist die Fixierung der Leitschaufeln in radialer Richtung verbessert. Die Sackloch-Bohrungen 66 sind auch in Fig. 7 eingezeichnet.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, verlaufen die Seitenwände 56 der Schaufelfüße und dementsprechend die zugeordneten Nutflächen parallel, auch verläuft die Endfläche 58 jedes Leitschaufelfußes senkrecht und eben zur radialen Richtung. Hierdurch ist die Fertigung von Leitschaufelfuß und zugeordneter Nut wesentlich verein­ facht.

Für die Dimensionierung können folgende Richtwerte ange­ nommen werden.

Die axiale Breite b der Segmente liegt je nach Maschi­ nengröße zwischen 50 mm und 150 mm, wobei die radiale Dicke 40 mm bis 120 mm beträgt. Die Dimensionen der anderen Bauelemente können insbesondere den Fig. 4 bis 6 entnom­ men werden, welche die einzelnen Bauelemente in ungefähr richtigem Größenverhältnis zeigen.

Claims (5)

1. Axialverdichter, insbesondere für eine Gastur­ bine, mit mindestens einer Leitschaufelreihe (23), deren Leitschaufeln (22) mit Hilfe von Leitschaufelfüßen (50) an Tragring-Segmenten (30) befestigt sind, die in einer zugeordneten umlaufenden Ringnut (20) des Verdichterge­ häuses (10) festgelegt sind, wobei die Leitschaufelfüße (50) in Nuten (54), die sich über die gesamte axial Breite der jeweils nur die Leitschaufeln (22) einer ein­ zigen Leitschaufelreihe (23) tragenden Segmente erstrec­ ken, in radialer und peripherer Richtung formschlüssig und lösbar befestigt sind und durch Anlage an die Flan­ ken (62) der Ringnut (20) in axialer Richtung arretiert sind und wobei die Segmente (30) jeweils einen Zentri­ winkel von 20° bis 60°, vorzugsweise 30° bis 45°, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente durch mindestens je einen Haltestift (38) , der im Grund der Ringnut (20) angeordnet und radial nach innen ausge­ richtet ist, sowie durch Federbelastung in eine zugeord­ nete Radialöffnung (36) des Segmentes (30) eingreift, in peripherer Richtung fixiert sind.

2. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Nut (54) entsprechend der Schräg­ stellung der zugehörigen Leitschaufel (22), bezogen auf eine die Längsachse (28) enthaltende Ebene, schräg im Segment (30) verläuft.

3. Axialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitschaufelfuß (50) hammer­ kopfartig ausgebildet und in der entsprechend geformten Nut (54) gehalten ist.

4. Axialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (22) durch mindestens eine am radialen Ende des Schaufelfußes (50) in einer Bohrung (66) geführte Schraubenfeder (70) radial nach innen gedrückt ist.

5. Axialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelreihe (23) an der Peripherie ihrer Segmente (30) eine ringför­ mige Umfangsnut (32) aufweist, die durch den Bereich der Radialöffnungen (36) der einzelnen Segmente (30) ver­ läuft und eine solche Tiefe besitzt, daß zwischen dem Grund der Umfangsnut (32) und dem Haltestift (38) ein Keil einschiebbar ist zum Herausdrücken der Haltestifte (38) aus den Radialöffnungen (36).