DE4430636C2 - Einrichtung zur Laufschaufelfixierung und zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Laufschaufelfixie­ rung und zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-PS 4,300,773 bekannt. Der bekannte Fall behandelt die jeweils gleich­ zeitige axiale Sicherung der Laufschaufeln und von Füllstücken über ein Sicherungsblech, wobei die Füllstücke jeweils radial unterhalb des Sicherungsbleches im Axialspalt zwischen Fußende und Nutgrund axial festgelegt sind. Für jede Axialnut wird ein Füllstück erforderlich, wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Füllstücke bedarfsweise in ein Füllstück mit einer spezifisch abgestimmten Wuchtmasse einwechselbar sind.

Der bekannte Fall setzt ein gewisses Einbau-Spiel zwischen gegen­ seitigen Auflageflächen der Fuß-Nut-Verzahnungen voraus, wodurch sich insbesondere in Kombination mit einer radial äußeren Deckbandver­ spannung und -Abstützung der Laufschaufeln Probleme bei der Beseitigung von Rotorunwuchten ergeben; diese Probleme am montierten Laufrad re­ sultieren aus am Umfang unterschiedlichen Sitzpositionen der Lauf­ schaufeln. Die aus den örtlich unterschiedlichen bzw. nicht genau de­ finierbaren Schaufelsitzpositionen resultierenden Scheibenunwuchten können selbst durch mehrfache und oft zeitraubende Wuchtvorgänge nicht beherrscht werden.

Schon vorgeschlagene Nietsicherungen für die Laufschaufeln am Laufrad sind ebenfalls mit der zuvor genannten Problematik behaftet. Sie haben ferner den Nachteil eines hohen Montage- und Demontageaufwands. Zudem besteht die Gefahr der örtlichen Beschädigung der Schaufelfüße und der Radscheibe, insbesondere beim Lösen der Vernietung. Auch sind derar­ tige Vernietungen oftmals mit baulichen Veränderungen, insbesondere an der Radscheibe bzw. an den Axialnuten verknüpft, woraus wiederum Pro­ bleme bezüglich der Bauteilfestigkeit der Radscheibe entstehen kön­ nen, die am radial äußeren Umfang extrem hoch belastet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach der eingangs genannten und bekannten Art anzugeben, die bei montierter Schaufelsicherung einen praktisch spielfreien Sitz der Laufschaufeln an der Radscheibe bei einfacher und montagefreundlichen Bauweise be­ reitstellt und die zugleich einfachst die Beseitigung möglicher Schei­ ben bzw. Rotorunwuchten ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Bei der angegebenen Lösung wird jede Laufschaufel spielfrei mit ihren fußseitigen An- bzw. Auflageflächen gegen korrespondierende Auflage­ flächen der Axialnut im betreffenden Radkranz der Radscheibe gedrückt. Sämtliche Laufschaufeln befinden sich praktisch in einem jeweils gleichförmigen statischen Auflage- und Einbauzustand, so daß eine ge­ gebenenfalls noch an der Scheibe vorhandene Unwucht- bzw. Restunwucht eindeutig definierbar und kompensierbar ist. Sofern eine Scheiben­ unwucht vorliegt, kann die betreffende spezifisch gewichtlich abge­ stimmte Wuchtmasse betriebssicher gegenüber dem Sicherungselement in der betreffenden Ausnehmung am Schaufelfuß festgelegt werden. Bei ver­ gleichsweise einfacher Montage- und Demontagemöglichkeit sind die Laufschaufeln und das Sicherungselement in axialer Richtung an der Radscheibe gesichert.

Die radiale Spalthöhe kann zumindest in Richtung auf eine Radkranz- bzw. Scheibenstirnseite so groß bemessen sein, daß die Wuchtmasse zu­ nächst über die eine größere seitliche Spaltöffnung in die Ausnehmung am Schaufelfuß einsetzbar ist und hierauf das Sicherungselement ver­ keilt wird.

Grundsätzlich kann ferner die keilartige Verklemmung zumindest im Sin­ ne der Merkmale nach Anspruch 2 oder 3 durchgeführt werden. Eine in­ tensive und längs des Schaufelfußes möglichst große und gleichförmige Flächenpressung ist insbesondere gemäß Anspruch 4 erzielbar, wonach der Axialspalt und das Sicherungselement hinsichtlich des sich axial ändernden Spalthöhenverlaufs im wesentlichen keilförmig aufeinander abgestimmt gestaltet sind.

Gemäß Anspruch 5 kann der keilförmige Verlauf aus jeweils einseitiger Fußabschrägung relativ zur achsparallelen Endfläche des Nutgrundes gewonnen werden. Die Axialnut, und damit die Radscheibe brauchen somit nicht hinsichtlich der Durchführung der Erfindung bau­ lich verändert zu werden.

Mit Anspruch 2 und/oder 6 kann das Sicherungselement vergleichsweise gewichtlich leicht gefertigt werden.

Insbesondere über die Blechsicke (Anspruch 7) ergibt sich bei spezi­ fisch geringem Eigengewicht des Sicherungselements eine vergleichs­ weise einfache Herstellbarkeit und - soweit erforderlich - zugleich ein formsteifer Aufbau.

Gute Stütz- und Halteeigenschaften ergeben sich mit dem Sicherungs­ element nach Anspruch 7 und 8. Den Stützabschnitten kann eine gewisse elastische Deformation zugeschrieben werden, um eine möglichst axial gleichförmig am Schaufelfuß herrschende Flächenpressung im Hinblick auf Formtoleranzen zu gewährleisten.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, vorgegebene Bauteiltoleranzen zwischen jeweiligem Fußende und Grund einer Axialnut durch eine vorge­ gebene Formauswahl an vorrätigen Sicherungselementen auszugleichen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielhaft weiter erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 einen gemäß Teilausschnitt im Sinne der Schnittlinie II-II der Fig. 2 versetzten Axialschnitt eines radial innen und schau­ felseitig außen abgebrochenen Radscheibenabschnitts unter Ver­ deutlichung einer seitlichen Ansicht des Sicherungselements in axial und radial fester Anordnung im betreffenden axialen Spalt zwischen örtlichem Fußende und Grund einer Axialnut der Rad­ scheibe,

Fig. 2 einen quermittigen Teilausschnitt der Radscheibe nach Fig. 1 unter örtlich quer und mittig geschnittener Zuordnung des an einer Axialnut verankerten Schaufelfußes, des betreffenden Sicherungselements und eines Wuchtgewichts in der örtlichen Fußausnehmung der Laufschaufel, wobei der axiale Spalt mit örtlich größerer Bauhöhe als in Fig. 1 dargestellt ist,

Fig. 3 eine im Sinne der Fig. 2 quer und mittig geschnitten darge­ stellte erste Abwandlung des Sicherungselements und

Fig. 4 eine im Sinne der Fig. 2 quer und mittig geschnitten darge­ stellte zweite Abwandlung des Sicherungselements.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Laufschaufel 1 mit ihrem mehr­ zahnigen Schaufelfuß 2 an einer entsprechend ausgeformten Axialnut E am Radkranz 4 eine Radscheibe 5 verankert. Zwischen dem Fußende 3, radial innen, und dem Nutgrund G der Axialnut 3 ist ein axialer Spalt S belassen, der hinsichtlich der Einbauhöhe - gemäß Fig. 1 von links nach rechts gesehen - zunehmend gleichförmig etwa keilförmig sich er­ weiternd ausgebildet ist. Der keilförmig sich erweiternde Verlauf des axialen Spalts S ist im vorliegende Fall z. B. durch den Neigungswinkel α charakterisiert, und zwar zwischen dem scheibenachsparallelen Nutgrund G und dem hierzu abgeschrägten, radial innen liegenden Ende E des Schaufelfußes 2. Das abgeschrägte Ende E des Schaufelfußes 2 kann z. B. durch einen Schrägschliff bereitgestellt werden.

Innerhalb des axialen Spaltes S ist ein über die rechte offene Spalt­ seite der Axialnut 3 eingeführtes Sicherungselement 6 keilartig ver­ klemmt. Auf diese Weise wird die Laufschaufel 1 spiellos an der Axial­ nut 3 festgelegt, wobei entlang gegenseitiger Auflagestellen A (Fig. 2), zwischen den Fuß- und Nut-Zahnprofilen, ein fester Stützkon­ takt ausgebildet ist.

Das Sicherungselement 6 überbrückt mit einem radial äußeren Wandab­ schnitt eine im Schaufelfuß 2 enthaltene, einseitig offen Ausnehmung 7, die zur Aufnahme einer spezifisch gewichtlich abgestimmten Wucht­ masse 8 ausgebildet ist.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist das Sicherungselement 6 aus einem zumindest abschnittsweise keilförmig verformten Blechstreifen gefertigt. Dieses Sicherungselement kann z. B. durch Stanz- oder Prägeverfahren her­ gestellt werden. Letzteres gilt insbesondere für die Anfertigung einer Blechsicke 9, die im wesentlichen die benötigte Keilform bereitstellt, so daß der Axialspalt S und das Sicherungselement 6 hinsichtlich des sich einseitig axial ändernden Spalthöheverlaufs im wesentlichen keil­ förmig aufeinander abgestimmt gestaltet sind.

Im Beispiel der Fig. 1 und 2 sitzt das Sicherungselement 6 mit seit­ lich geradwandigen Abschnitten am Nutgrund G auf. Von den ge­ radwandigen Abschnitten ausgehend, ist das Sicherungselement 6 zur Blechsicke 9 verformt, so daß - gemäß Fig. 2 - ein gegenüber dem Nut­ grund G teilweise einseitig offener, etwa trapezförmiger Querschnitt ausgebildet ist, der auf die örtlich vorhandene Endkontur der Axialnut 3 am axialen Spalt S abgestimmt gestaltet ist.

Gemäß Fig. 1 kann das Sicherungselement 6 an beidseitigen Endbereichen des axialen Spalts S Stützabschnitte St aufweisen. Die Stützab­ schnitte St, zwischen denen sich die Blechsicke 9 erstreckt, können von gegenüber den geradwandigen Abschnitten abgewinkelt umgebogenen Blechabschnitten bereitgestellt werden. Ferner enthält das Sicherungs­ element 6 endseitig axial offene Trennfugen oder -spalte, so daß seit­ lich außen axial von den Stützabschnitten St vorstehende Endteile E1, E2 laschenartig radial umbiegbar sind, um das Sicherungselement 6 und die betreffende Laufschaufel 1 über den Schaufelfuß 2 axial an der Radscheibe 5 zu sichern.

Auch ohne die genannten Stützabschnitte St ist die Erfindung durch­ führbar, nämlich in Kombination der keilförmigen Sicke 9 mit den la­ schenartig umbiegbaren Endteilen E1, E2.

Fig. 3 und 4 verkörpern in Relation zur jeweiligen Axialnut-Konturvor­ gabe am axialen Spalt S abgewandelte, hier z. B. über dem Umfang in sich geschlossene Hohlprofilarten für Sicherungselemente 6′ bzw. 6′′. Gemäß Fig. 3 weist das Sicherungselement 6′ eine auf die radial innere Axialnutkontur abgerundet abgestimmte Kontur auf.

In Fig. 4 ist die in sich geschlossene Hohlprofilkontur des Siche­ rungselements 6′′ z. B., von oben nach unten gesehen, sich keilförmig verjüngend auf die radial innere Axialnutkontur am Spalt S abgestimmt gestaltet.

In Abwandlung der Fig. 1 bis 4 können gemäß der Erfindung bei den Si­ cherungselementen zumindest zur Bereitstellung der jeweiligen Keil­ form am axialen Spalt S, Vollprofile verwendet werden, die z. B. durch Walz-, Schmiede- oder Preßverfahren hergestellt sind.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Laufschaufelfixierung und zur Beseitigung von Ro­ torunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken, bei der die Laufschaufeln (1) mit zahnartig profilierten Schaufelfüßen (2) an korrespondierend ausgeformten Axialnuten (3) einer Radscheibe (5) verankert sind, wobei jeweils zwischen einem Schaufelfußende und dem Grund einer Axialnut (3) ein Axialspalt (S) belassen ist, in dem ein Sicherungselement (6) angeordnet ist, das an beiden aus dem Spalt herausragenden Enden (E1, E2) einander entgegengerichtet gegen Stirnflächen der Radschei­ be (5) und eines Schaufelfußes (2) umgebogen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Sicherungselement (6) in einem Axialspalt (S) zwischen dem Nutgrund (G) und dem Schaufelfuß keilartig ver­ klemmt ist und dabei eine Ausnehmung (7) überbrückt, die im Schau­ felfuß (2) zur Aufnahme einer Wuchtmasse (8) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche­ rungselement (6) abschnittsweise mit in einer axialen Richtung sich fortlaufend vergrößerndem Bauteilquerschnitt keilförmig gestaltet ist.

3. Einrichtung hach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialspalt (S) mit sich in der einen axialen Richtung fortlaufend vergrößernder Bauhöhe von relativ zueinander geneigten Endflächen eines Schaufelfußes (2) und des Nutgrundes (G) keilförmig ausge­ bildet ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialspalt (S) und das Sicherungselement (6) hinsichtlich des sich einseitig axial ändernden Spalthöhenver­ laufs im wesentlichen keilförmig aufeinander abgestimmt gestaltet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der keil­ förmige Verlauf des Axialspaltes (S) jeweils zwischen einer achs­ parallelen Endfläche am Nutgrund (G) und der relativ dazu abge­ schrägten Endfläche (E) eines Schaufelfußes (2) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (6) aus einem abschnitts­ weise keilförmig verformten Blechstreifen gefertigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche­ rungselement (6) im wesentlichen durch eine Blechsicke (9) keilför­ mig gestaltet ist, die, von geradwandigen Abschnitten ausgehend, in Richtung auf ein Schaufelfußende (E) keilförmig ausgeformt ist, wobei das Sicherungselement (6) mit den geradwandigen Abschnitten am Nutgrunde aufsitzt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (6) an beidseitigen Endbereichen des Axialspalts (S) in Abstimmung auf die örtlich unterschiedliche Einbauhöhe abge­ winkelt umgebogene Stützabschnitte (St) für den Schaufelfuß (2) aufweist, an die sich die über Trennspalte laschenartig umbiegbaren Enden (E1, E2) des Sicherungselements (6) anschließen.

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (6, 6′, 6′′) hinsichtlich des jeweils größeren Teils der Längen-Erstreckung im axialen Spalt (S) als Hohl- oder Vollprofil auf die örtlich vorgegebene Kontur der Axialnut (3) am axialen Spalt (S) abgestimmt gestaltet ist.