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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, und insbesondere auf eine zweistufige Verbund-Leitschaufel,
die auf eine Hochdruck- oder
Mitteldruck-Dampfturbine angewandt ist, bei der ein äußerer Ring
zum Verbinden einer Leitschaufel der vorderen Stufe und einer Leitschaufel
der hinteren Stufe miteinander auf feste Weise in einer Bolzenverbindungsstruktur
so aufgebaut ist, dass er einfach abgenommen und ausgebaut werden
kann, wodurch eine reduzierte Montagezeit und eine verbesserte Wartbarkeit
erzielt wird.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
einer Hochdruck- oder Mitteldruck-Dampfturbine werden gegenwärtig Versuche unternommen,
eine zweistufige Verbund-Leitschaufel anzuwenden, bei der einander
benachbarte Leitschaufeln der vorderen Stufe und der hinteren Stufe fest
miteinander verbunden werden. 4 ist eine Schnittansicht
einer solchen zweistufigen Verbund-Leitschaufel nach ihrem Zusammenbau,
und 5 ist eine Schnittansicht von
zwei strukturellen Teilen von Leitschaufeln, bevor sie zusammengebaut werden,
wobei 5(a) einen Leitschaufelabschnitt (vordere
Stufe) zeigt, und 5(b) einen Leitschaufelabschnitt
(hintere Stufe) zeigt.
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Bei
der vorbekannten zweistufigen Verbund-Leitschaufel gemäß 5 ist eine Leitschaufel (vordere Stufe) 42 an
einer stromaufwärtigen
Seite der Dampfströmung
S in einer integralen Struktur hergestellt, bei der ein Außenring-Vorderabschnitt 41 und
ein Innenring-Vorderabschnitt 43 durch Verschweißen fest
aneinandergepasst sind. Eine Leitschaufel (hintere Stufe) 52 ist
ebenfalls in einer integralen Struktur hergestellt, bei der ein
hinterer Außenringabschnitt 51 und
ein hinterer Innenringabschnitt 53 durch Verschweißen fest
zusammengefügt sind.
Diese integral gefertigten Leitschaufeln 42, 52 werden
durch Elektronenstrahlschweißen
an einer durch eine Bezugsziffer 70 gezeigten Position (4)
des vorderen Außenringabschnitts 41 und des
hinteren Außenringabschnitts 51 fest
miteinander verbunden, so dass die zweistufige Verbund-Leitschaufel
einer integralen Struktur hergestellt wird.
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Es
ist anzumerken, dass Dichtungs-Einsetzabschnitte 44, 54 zum
Einsetzen von Labyrinthdichtungen in diese in dem vorderen Innenringabschnitt 43 bzw.
dem hinteren Innenringabschnitt 53 ausgearbeitet sind,
ebenso die Dichtungsrippennuten 55, 56 in dem
hinteren Außenringabschnitt 51 ausgearbeitet sind,
wie später
beschrieben wird.
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Bei
der integralen Struktur der Leitschaufel (vordere Stufe) 42 gemäß 5(a) ist der vordere Außenringabschnitt 41 an
einer Außenseite
der Schaufel über
Schweißabschnitte 45, 46 angesetzt, und
der vordere Innenringabschnitt 43 ist an einer Innenseite
der Schaufel über
Schweißabschnitte 47, 48 angesetzt,
und der Dichtungs-Einsetzabschnitt 44 zum Einsetzen einer
Labyrinthdichtung in diesen ist in den vorderen Innenringabschnitt 43 eingearbeitet.
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Bei
der integralen Struktur der Leitschaufel (hintere Stufe) 52 gemäß 5(b) besteht der hintere Außenringabschnitt 51 aus
Abschnitten 51a, 51b, 51c, wobei die
Abschnitte 51a, 51b über Schweißabschnitte 58, 59 zusammengefügt sind,
und die Abschnitte 51b, 51c über Schweißabschnitte 56, 57 zusammengefügt sind,
und der auf diese Weise aufgebaute hintere Außenringabschnitt 51 an
einer Außenseite
der Schaufel über
Schweißabschnitte 57, 59 angesetzt
wird. Außerdem
ist der hintere Innenringabschnitt 53 an einer Innenseite
der Schaufel über
die Schweißabschnitte 60, 61 angesetzt.
Der Dichtungs-Einsetzabschnitt 54 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung
in diesen ist in den hinteren Innenringabschnitt 53 eingearbeitet.
Ferner sind Dichtungsrippennuten 55, 56 in den
hinteren Außenringabschnitt 51 eingearbeitet.
Somit werden die jeweiligen integralen Strukturen der Leitschaufel
(vordere Stufe) 42 und der Leitschaufel (hintere Stufe) 52 durch
Elektronenstrahlschweißen
an der Position 70 gemäß 4 miteinander
verbunden, wodurch die zweistufige Verbund-Leitschaufel hergestellt wird.
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Bei
der vorbekannten zweistufigen Verbund-Leitschaufel nach obiger Beschreibung
werden die jeweiligen integralen Strukturen des Außenrings, der
Leitschaufel und des Innenrings durch TIG-Schweißen (TIG = tungsten inert gas)
oder MAG-Schweißen
(MAG = metal active gas) gefertigt, und deren Strukturkörper der
vorderen Stufe und der hinteren Stufe werden durch Elektronenstrahlschweißen an der
Position des vorderen Außenringabschnitts
und des hinteren Abschnitts zusammengefügt, wodurch die zweistufige
Verbund-Leitschaufel in der integralen Struktur gefertigt wird.
Deshalb können
die Vorderstufen- und Hinterstufenabschnitte derselben nicht zur
Reparatur oder zur Inspektionsarbeit voneinander getrennt werden,
was zu einer Erschwerung der Arbeit führt. Außerdem erfordert die Schweißarbeit
erhebliche Arbeitszeit, insbesondere das Verbinden des vorderen
Außenringabschnitts 41 und
des hinteren Außenringabschnitts 51 erfordert ein
Verschweissen um einen gesamten Umfang des Außenrings, wodurch sich ein
Problem ergibt, dass umfangreiche Einrichtungen von Montagegestellen, Werkzeugen
etc. für
den Schweißvorgang
benötigt werden,
und die Arbeitszeit ebenfalls verlängert wird.
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Eine
vorbekannte Dampfturbinen-LeitschaufelVerbundstruktur mit den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus
DE 195 27 662 C1 bekannt.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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In
Anbetracht des Problems beim Stand der Technik ist es daher eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Dampfturbinen-Verbundleitschaufel
bereitzustellen, bei der ein vorderer Außenringabschnitt und ein hinterer
Außenringabschnitt in
einer Bolzenverbindungsstruktur anstelle der Schweißstruktur
nach dem Stand der Technik zusammengefügt werden, so dass es möglich ist,
eine Reparatur- oder Inspektionsarbeit zu erleichtern und die Arbeitszeit
einer Montagearbeit zu reduzieren.
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Um
die obige Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung eine Dampfturbinen-Leitschaufel-Verbundstruktur
bereit, wie sie durch Anspruch 1 definiert ist.
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Bei
der Verbund-Leitschaufel der vorliegenden Erfindung werden die Leitschaufel-Strukturkörper der
vorderen Stufe und der hinteren Stufe, die jeweils integral hergestellt
sind, durch den Bolzen miteinander verbunden, wodurch ihre Abnahme
und Demontage möglich
wird und ihre Wartung und Inspektion leicht vorgenommen werden kann.
Bei der vorbekannten Verbund-Leitschaufel
wird die Leitschaufel-Strukturkörper
der vorderen und hinteren Stufe durch Elektronenstrahlschweißen zusammengefügt, um fest
integriert zu sein, was das Abnehmen und die Demontage erschwert
und eine schwierige Wartungs- und Inspektionsarbeit erfordert, und
da ferner die Elektronenstrahlschweißung um den gesamten Umfang
des Außenrings
herum erforderlich ist, werden umfangreiche Einrichtungen von Montagegestellen,
Werkzeugen etc. benötigt
und auch die Arbeitszeit hierfür
verlängert.
Bei der vorliegenden Erfindung jedoch ist nur die Verbindungsarbeit
der Bolzen erforderlich, und die Montagezeit kann verkürzt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel einer Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
Teil-Vorderansicht, betrachtet von der Ebene X-X von 1,
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3 eine Schnittansicht von drei Leitschaufel-Strukturabschnitten,
bevor sie zusammengebaut sind, wobei 3(a) einen
Leitschaufelabschnitt der vorderen Stufe zeigt, 3(b) einen mittleren Außenringabschnitt zeigt und 3(c) einen Leitschaufelabschnitt der hinteren
Stufe zeigt,
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4 eine
Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel nach dem Stand der
Technik nach dem Zusammenbau, und
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5 eine Schnittansicht der zwei Leitschaufel-Strukturabschnitte
vor ihrem Zusammenbau, wobei 5(a) einen
Leitschaufelabschnitt der vorderen Stufe und 5(b) einen
Leitschaufelabschnitt der hinteren Stufe zeigt.
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KURZBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung konkret mit Bezug auf die Figuren beschrieben. 1 ist
eine Schnittansicht einer Dampfturbinen-Verbundleitschaufel einer
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 2 ist eine Teil-Vorderansicht, betrachtet von
der Ebene X-X von 1, und 3 ist
eine Schnittansicht der drei Leitschaufel-Strukturabschnitte vor ihrem Zusammenbau,
wobei 3(a) einen Leitschaufelabschnitt
der vorderen Stufe zeigt, 3(b) einen
mittleren Außenringabschnitt
zeigt, und 3(c) einen Leitschaufelabschnitt
der hinteren Stufe zeigt.
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In 3(a) ist wie im vorbekannten Fall ein vorderer
Außenringabschnitt 1 mit
einer Außenseite einer
Leitschaufel (vordere Stufe) 2 verbunden, und ein vorderer
Annenringabschnitt 3 ist mit einer Innenseite der Leitschaufel
(vordere Stufe) 2 verbunden, so dass eine integrale Struktur
der vorderen Leitschaufelstufe 2 hergestellt wird. Ein
Dichtungs-Einsetzabschnitt 6 zum Einsetzen einer Labyrinthdichtung
in diesen ist in den vorderen Innenringabschnitt 3 eingearbeitet.
Ein Bolzenloch 5 als Loch für einen Bolzen-Kopfabschnitt
ist in den vorderen Außenringabschnitt 1 eingearbeitet
und durchsetzt diesen. In einem rechten oder hinteren oberen Endabschnitt des
vorderen Außenringabschnitts 1 ist
ein Eingriffsabschnitt 4 in abgestufter Form zum Verbindungseingriff
mit einem Endabschnitt eines nachstehend zu beschreibenden mittleren
Außenringabschnitts 10 eingearbeitet.
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In 3(b) hat der mittlere Außenringabschnitt 10 an
beiden Endabschnitten desselben eingearbeitete Eingriffsabschnitte 11, 12,
wobei der Eingriffsabschnitt 11 zum Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt 4 des
vorderen Außenringabschnitts 1 dient, und
der Eingriffsabschnitt 12 zum Eingriff mit einem Endabschnitt
eines nachstehend zu beschreibenden hinteren Außenringabschnitts 21 dient.
Ein Bolzenloch 14 ist in dem mittleren Außenringabschnitt 10 vorgesehen,
um diesen zu durchsetzen, so dass es mit dem Bolzenloch 5 des
vorderen Außenringabschnitts 1 in
Verbindung steht. Ferner sind Dichtungsrippennuten 13 in
dem mittleren Außenringabschnitt 10 vorgesehen.
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In 3(c) ist eine integrale Struktur einer hinteren
Leitschaufelstufe 22 gezeigt, wobei ein hinterer Außenringabschnitt 21 mit
einer Außenseite
der hinteren Leitschaufelstufe 22 durch Verschweißen zusammengefügt ist,
und ein hinterer Annenringabschnitt 23 ebenfalls mit einer
Innenseite der hinteren Leitschaufelstufe 22 durch Verschweißen wie
im vorbekannten Fall zusammengefügt
ist. Ein Eingriffsabschnitt 24 ist in einem linken oder
vorderen Endabschnitt des hinteren Außenringabschnitts 21 zum Eingriff
mit dem Eingriffsabschnitt 12 des mittleren Außenringabschnitts 10 vorgesehen,
und ein Bolzenloch 25 als Loch für einen Bolzen-Endabschnitt
ist in den hinteren Außenringabschnitt
eingearbeitet, um mit dem Bolzenloch 14 des mittleren Außenringabschnitts 10 in
Verbindung zu stehen. Ein Dichtungs-Einsetzabschnitt 26 zum
Einsetzen einer Labyrinthdichtung in diesen ist in den hinteren
Außenringabschnitt 23 eingearbeitet,
und außerdem
sind Dichtungsrippennuten 27 an einem Innenumfang eines
rechten oder hinteren Abschnitts des hinteren Außenringabschnitts 21 eingearbeitet.
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In 1 ist
ein Querschnitt einer zweistufigen Dampfturbinen-Verbundleitschaufel
dargestellt, wobei jeder der in 3 gezeigten,
getrennten Schaufelabschnitte zusammengefügt ist, um eine integrale Struktur
der Dampfturbinen-Verbundschaufel zu bilden. In 1 stehen
der vordere Außenringabschnitt 1,
der mittlere Außenringabschnitt 10 und
der hintere Außenringabschnitt 21 miteinander über zwei Eingriffsabschnitte
in Eingriff, von denen der eine einer der Eingriffsabschnitte 4, 11 und
der andere einer der Eingriffsabschnitte 12, 24 ist,
so dass die Positionierung der Bolzenlöcher 5, 14, 25 auf
einfache Weise sichergestellt wird. In diesem Stadium wird ein Verbindungsbolzen 30 eingesetzt,
um in die Bolzenlöcher 5, 14, 25 eingeschraubt
zu werden, wodurch die Abschnitte 1, 10, 21 des
Außenrings
fest miteinander verbunden werden, um zu einer Einheit integriert
zu werden.
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In 2,
die eine Teil-Vorderansicht, betrachtet von der Ebene X-X von 1 ist,
ist der vordere Außenringabschnitt 1 zu
einer Ringform ausgebildet, und mehrere Verbindungsbolzen 30 sind
entlang der Ringform zum festen Zusammenfügen des vorderen Außenringabschnitts 1,
des mittleren Außenringabschnitts 10 und
des hinteren Außenringabschnitts 21 nach
obiger Beschreibung vorgesehen. Es ist anzumerken, dass in dem in 2 dargestellten
Beispiel ein Intervall zwischen jedem der Verbindungsbolzen 30 so
gewählt
ist, dass ein mittlerer Winkel des Außenrings, der von dem Intervall
hergestellt wird, auf 14° festgelegt
ist (nicht gezeigt), dass eine Anordnung der Verbindungsbolzen 30 jedoch nicht
hierauf beschränkt
ist.
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Bei
der zweistufigen Verbund-Leitschaufel mit dem Verbindungsbolzen 30,
wie sie in 1 gezeigt sind, sind die Leitschaufel 2 der
vorderen Stufe, eine Laufschaufel 33, die Leitschaufel 22 der
hinteren Stufe und eine Laufschaufel 35 der Reihe nach
in einer Richtung der Dampfströmung
S angeordnet, und eine Labyrinthdichtung 32 ist an den
Dichtungs-Einsetzabschnitt 6 des vorderen Anßenringabschnitts 3 eingesetzt,
ebenso wie eine Labyrinthdichtung 34 an dem Dichtungs-Einsetzabschnitt 26 des
hinteren Annenringabschnitts 23 eingesetzt ist, womit ein Dichtungsabschnitt
zum Abdichten einer Rotorscheibenseite gebildet wird.
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Ferner
sind Dichtungsrippen 31 in die Dichtungsrippennuten 13 des
mittleren Außenringabschnitts 10 eingesetzt,
um einen Dichtungsabschnitt zum Abdichten eines Außenendabschnitts
der Laufschaufel 33 zu bilden, und Dichtungsrippen 34 sind
in die Dichtungsrippennuten 27 des hinteren Außenringabschnitts 21 eingesetzt,
um einen Dichtungsabschnitt zum Abdichten eines Außenendabschnitts
der Laufschaufel 33 zu bilden.
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Gemäß der Verbund-Leitschaufel
der vorliegenden Ausführungsform
nach obiger Beschreibung ist der Außenring in den vorderen Abschnitt 1,
den mittleren Abschnitt 10 und den hinteren Abschnitt 21 unterteilt;
der vordere Außenringabschnitt 1,
die vordere Stufe der Leitschaufel 2 und der vordere Innenringabschnitt 3 sind
durch Verschweißen
zusammengefügt,
um eine integrale Struktur zu bilden; der hintere Außenringabschnitt 21,
die Leitschaufel 22 der hinteren Stufe und der hintere
Innenringabschnitt 23 sind ebenfalls durch Verschweißen zusammengefügt, um eine
integrale Struktur zu bilden; dieser vordere Außenringabschnitt 1,
der mittlere Abschnitt 10 und der hintere Abschnitt 21 werden
durch den Verbindungsbolzen 30 fest miteinander verbunden,
wodurch im Vergleich zu der vorbekannten, integral durch Schweißen gefertigten
zweistufigen Verbund-Leitschaufel ein Abnehmen und Demontieren möglich wird,
die Wartung erleichtert wird und die Montagezeit reduziert werden
kann.