EP0943785A1 - Anordnung zur Befestigung einer Turbinenschaufel - Google Patents

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EP0943785A1
EP0943785A1 EP98810226A EP98810226A EP0943785A1 EP 0943785 A1 EP0943785 A1 EP 0943785A1 EP 98810226 A EP98810226 A EP 98810226A EP 98810226 A EP98810226 A EP 98810226A EP 0943785 A1 EP0943785 A1 EP 0943785A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine blade
receiving structure
blade root
arrangement according
turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98810226A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gordon Anderson
Michael Hock
Erhard Kreis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority to EP98810226A priority Critical patent/EP0943785A1/de
Publication of EP0943785A1 publication Critical patent/EP0943785A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/243—Flange connections; Bolting arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for connecting a turbine blade, which provides a turbine blade root with a turbine blade carrier, which has a ring-shaped receiving structure into which the turbine blade root can be used and firmly against the turbine blade carrier using a locking aid available both radially, axially and in the circumferential direction to the receiving structure is.
  • Turbines as well as compressor stages of gas turbine plants known per se have a large number of staggered turbine blades that are used for compression or relaxation of gaseous media and ultimately for energy generation be used.
  • Turbine blades are both on the peripheral peripheral edge a rotor shaft in staggered rows and are arranged referred to as turbine blades, as well as on the inner contour of the rotor shaft
  • turbine blades In addition to the turbine blades surrounding the housing provided that the turbine blades provided with the inner contour of the housing, for example. each protrude between two adjacent rows of turbine blades. Due to the fixed arrangement of the turbine blades on the inner contour of the rotor housing these turbine blades are also referred to as turbine guide vanes.
  • FIG. 1a a perspective view of FIG. 1a is shown that guide vanes 1 for Installation in a correspondingly designed receiving structure 2, which is in the inner contour of the turbine guide vane carrier 3 is incorporated peripherally.
  • the receiving structure 2 of the turbine guide vane carrier 3 sees two opposing ones Insertion grooves 4 before, in which the appropriately trained guide blade root 31 can be threaded in the circumferential direction of the receiving structure 2.
  • the turbine guide vane carrier 3 is interrupted at at least one parting plane 32, on which the individual guide vanes can be inserted one after the other into the receiving structure 2 are.
  • a fixed positioning of each individual guide vane 1 relative to the receiving structure is usually carried out with spring-loaded locking piston 5, which is spring-loaded sit in blind holes 6, which are circumferentially in the receiving structure 2 of the turbine guide vane carrier 3 are provided.
  • spring-loaded locking piston 5 protrudes into a Guide blade root area provided bore 10.
  • the provision of such spring-loaded locking piston is, however, during assembly or disassembly of the individual guide blades 1 in or out of the turbine guide blade carrier 3 associated with the handling of many small parts, which can be seen in such work as has proven very cumbersome.
  • the invention has for its object an arrangement for connecting a Turbine blade with a turbine blade carrier according to the generic Develop the preamble of claim 1 such that the above Disadvantages can be avoided.
  • the guide vane root responsible for a secure seat of the guide vanes and the receiving structure within the guide vane carrier one on top of the other be coordinated that misalignments occurring during the operation of such devices individual guide vanes can be avoided.
  • the inventive arrangement for connecting a turbine blade, the one Turbine blade base provides, with a turbine blade carrier, which is an annular has trained receiving structure into which the turbine blade root can be inserted and by means of a locking aid firmly against the turbine blade carrier both radially, is available axially and circumferentially to the receiving structure, is designed such that the receiving structure at least one in the circumferential direction has circumferential groove into which a correspondingly formed on the turbine blade root Counter contour can be used with a precise fit that the receiving structure and the Turbine blade root are designed such that a precise fit of the Turbine blade root with the turbine blade carrier only by radial and the turbine blade root is inserted axially into the receiving structure, that the mounting structure and the turbine blade root each have an area, which in the disposition state a space extending in the circumferential direction include, and that the locking aid is a spacer whose Shape is adapted to the space and that in the circumferential direction in the space can be introduced.
  • the receiving structure of the turbine guide vane carrier sees the configuration according to the invention the receiving structure and the turbine guide blade foot that the individual turbine guide vanes largely directly at the location, based on the Turbine guide vane carrier on which the turbine guide vanes are positioned, directly into the mounting structure by radial and axial fitting of the guide blade root can be inserted into the receiving structure.
  • dismantling the individual guide vanes are removed in the reverse order.
  • the peculiarity of the coordinated contours of the receiving structure within the guide vane carrier and that of a guide vane root exists in particular in that two receiving grooves in the receiving structure of the guide vane carrier are incorporated, which are preferably designed as hollow phases open on one side are whose open sides are oriented in the same direction.
  • the guide blade root is placed radially on the receiving structure can and by axially shifting the counter contours of the guide blade root a precise fit in the corresponding grooves of the receiving structure Influence is achieved.
  • an intermediate space in which a kind of spacer ring can be introduced, which counteracts the guide blade root the receiving structure at least axially, but preferably additionally in radial direction secures against slipping.
  • Guide vane feet have individual recesses, for example in the extra pins or projections provided in the receiving structure of the guide vane carrier can intervene to prevent slipping in the circumferential direction.
  • the recesses provided in the guide vane feet serve small lugs or protrusions on the guide blade feet, which in corresponding Engage recesses within the receiving structure of the guide vane carrier can, additionally as a protection against slipping in the circumferential direction.
  • FIG. 2a is a cross-sectional view through an arrangement according to the invention, consisting of a turbine guide vane carrier 3 and a guide vane 1, shown.
  • the guide vane carrier 3 has a receiving structure on its peripheral circumferential surface 2, which provides two grooves 4, 41 formed as hollow phases also have a rectangular inner contour.
  • Corresponding protrude into the grooves 4, 41 Counter contours 7, 71 fit exactly into that part of the turbine guide blade root 31 are.
  • the groove 41 in the example shown Fig. 2 b formed as a pin 11, which also in a corresponding recess 11 'within the guide vane root for radial and circumferential positioning the guide vane contributes within the receiving structure 2 of the guide vane carrier 3.
  • the essential aspect of the invention shown in the sub-figures 2a and 2b Arrangement is that the guide vanes 1 substantially radially from can be lowered on the inside of the receiving structure 2 and by mere axial Move a precisely fitting joint connection into the corresponding slot openings between vane root 31 and receiving structure 2 is obtained. After this axial displacement of the guide vane root 31 within the receiving structure 2 An intermediate space 12 is formed, into which a spacer ring 13 can be inserted in the circumferential direction is (see Fig. 2a and 2b). The spacer ring 13 can be segmented or in one piece in the space after all guide vanes have been inserted into the receiving structure be introduced.
  • the spacer ring 13 has both radial and axially in the unloaded state enough play within the space 12 to on the one hand, it can be easily inserted into the gap or for disassembly pull out accordingly, but it offers sufficient hold for a precise fit Joining between the guide vane foot and the receiving structure. Especially in operation the axial play is canceled by the prevailing axial gas force, whereby there is good mutual alignment of the individual blades.
  • Turbine guide vanes with a circumferential direction of the support structure are also common provide facing sealing grooves and sealing strips.
  • One with these sealing arrangements equipped guide vane is shown in Fig. 3.
  • a peculiarity of such Guide vanes consist of being in the receiving structure prior to insertion of the corresponding guide vane carrier via sealing strips and / or inner segments are connected to each other and thus connected in groups in the Recording structure must be used and inserted.
  • the insertion is preferably carried out in the sequences A shown in FIG. 3 to C.
  • the connected guide vanes 1 in the radial direction r is moved towards the receiving structure 2 of the guide vane carrier 3 (see sequence A, left cross-sectional representation, which is a sectional drawing according to the Section A-A through the top view depicted on the left onto a guide vane carrier 3 used guide vanes 1 corresponds).
  • the surface sections arrive 34 and 35 of the guide vane root 31 in contact with the surface sections 21 and 22 of the receiving structure 2
  • Heavy guide vanes are an advantage because the load on the vane can be lowered appropriately is carried by the guide vane carrier 3. (See drawing B, which at the same time corresponds to the cross section through the left representation along the section line B). In this lowered position can also be spaced apart Guide vanes 1 are positioned relative to one another in the circumferential direction, so that their opposite sealing grooves 13 are aligned so that the corresponding provided sealing strip 14 seals both guide vanes against each other.
  • step C the guide vanes connected via the sealing strips 14 1 by axial displacement in the corresponding grooves 4, 41 the receiving structure 2 shifted positively.
  • Field C corresponds again the cross section through the section line at point C.
  • FIG. 4a Another design option for a form-fitting arrangement between Guide vane root and guide vane carrier is the function of circumferential positioning to be transferred to a two-part spacer ring.
  • Figure 4a is one Shown cross-sectional view, in which a guide vane root 31 in the receiving structure 2 of a guide vane carrier 3 is positively fitted. Like everyone else Embodiments here also engage the counter groove 7 in the corresponding groove 4 the receiving structure 2.
  • a counter contour 71 on the guide blade root can also be used 31 may be provided which engages in the corresponding groove 41, but is it is also possible to do without them, as it is for example from the perspective Representation of a guide blade root 31 emerges from FIG. 4b.
  • the thrust ring 16 shown in FIG. 4c has protruding molded parts 17 and 18 on, which are referred to as springs and for circumferential positioning of a guide vane root serve within the receiving structure 2.
  • the molded parts 17 come into corresponding Recesses 19 which are provided in each blade root 31 (see Fig. 4b).
  • the molded parts 18 oriented upward of the thrust ring 16 accordingly arrive in corresponding recesses within the receiving structure 2 of the guide vane carrier 3.
  • a spacer ring 13 introduced subsequently in the circumferential direction provides ensure that the thrust ring 16 both against the inner contour of the blade root 31st as well as pressed against the corresponding recess of the receiving structure 2 becomes.
  • the thrust rings can be individually for each guide vane root (see left detail) or for several guide vane feet (e.g. Positioning for 3 guide vane feet, see right detail in Fig.4b) become.
  • the arrangement according to the invention leads to smaller radial clearances of the guide vane feet within the guide vane foot support, so that possible leaks with regard to the escape of cooling medium Tilting can be reduced. Because in particular the expansion path of the individual Guide vanes can take place axially or radially from the guide vane carrier to the carrier, the disassembly is considerably simplified and the disassembly time significantly reduced. Especially with regard to the use of multiple bucket segments with increasing circumferential length, as is the case, for example, in the exemplary embodiment 3, the arrangement according to the invention offers a comfortable handling of several connected guide vanes at the Assembly and disassembly.

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Abstract

Beschrieben wird eine Anordnung zur Verbindung einer Turbinenschaufel, die einen Turbinenschaufelfuß vorsieht, mit einem Turbinenschaufelträger, der eine ringförmig ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Turbinenschaufelfuß einsetzbar und mittels einer Arretierhilfe fest gegen den Turbinenschaufelträger sowohl radial, axial als auch in Umfangsrichtung zur Aufnahmestruktur verfügbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Aufnahmestruktur wenigstens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut aufweist, in die eine am Turbinenschaufelfuß entsprechend ausgebildete Gegenkontur paßgenau einsetzbar ist, daß die Aufnahmestruktur und der Turbinenschaufelfuß derart ausgebildet sind, daß ein paßgenaues Verfügen des Turbinenschaufelfußes mit dem Turbinenschaufelträger ausschließlich durch radiales und axiales Einsetzen des Turbinenschaufelfußes in die Aufnahmestruktur erfolgt, daß die Aufnamestruktur und der Turbinenschaufelfuß jeweils einen Bereich aufweisen, die im verfügten Zustand einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zwischenraum einschließen, und daß die Arretierhilfe ein Distanzelement ist, dessen Form dem Zwischenraum angepaßt ist und das in Umfangsrichtung in den Zwischenraum einbringbar ist. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbindung einer Turbinenschaufel, die einen Turbinenschaufelfuß vorsieht, mit einem Turbinenschaufelträger, der eine ringförmig ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Turbinenschaufelfuß einsetzbar und mittels einer Arretierhilfe fest gegen den Turbinenschaufelträger sowohl radial, axial als auch in Umfangsrichtung zur Aufnahmestruktur verfügbar ist.
Stand der Technik
Turbinen, sowie auch Verdichterstufen von an sich bekannten Gasturbinenanlagen weisen eine Vielzahl hintereinander gestaffelter Turbinenschaufeln auf, die zur Verdichtung oder Entspannung gasförmiger Medien und letztendlich zur Energiegewinnung verwendet werden. Turbinenschaufeln sind sowohl am peripheren Umfangsrand einer Rotorwelle in hintereinander gestaffelten Reihen angeordnet und werden als Turbinenlaufschaufeln bezeichnet, als auch an der Innenkontur eines die Rotorwelle nebst Turbinenlaufschaufeln umgebenden Gehäuse derart vorgesehen, daß die fest mit der Innenkontur des Gehäuses versehenen Turbinenschaufeln bspw. jeweils zwischen zwei benachbarten Reihen von Turbinenlaufschaufeln hineinragen. Aufgrund der festen Anordnung der Turbinenschaufeln an der Innenkontur des Rotorgehäuses werden diese Turbinenschaufeln auch als Turbinenleitschaufeln bezeichnet.
Folgende Ausführungen beziehen sich vornehmlich auf die Verbindungsweise zwischen den Turbinenleitschaufeln und dem stationären Gehäuse sowie auf die durch die Verbindungsweise festgelegte Montage bzw. Demontage derartiger Turbinenleitschaufeln. Grundsätzlich sind jedoch auch die folgenden Ausführungen auch auf die Verbindungstechniken zwischen Turbinenlaufschaufeln und Rotorwelle zu übertragen.
Zur Beschreibung einer bekannter Verbindung zwischen einer Turbinenleitschaufel 1 und einem Turbinenleitschaufelträger 3 wird auf Figur 1 verwiesen, in der anhand einer perspektivischen Darstellung gemäß Fig. 1a gezeigt ist, daß Leitschaufeln 1 zur Montage in eine entsprechend ausgebildete Aufnahmestruktur 2, die in die Innenkontur des Turbinenleitschaufelträgers 3 peripher eingearbeitet ist, eingeführt werden. Die Aufnahmestruktur 2 des Turbinenleitschaufelträgers 3 sieht zwei sich gegenüberliegende Einführnuten 4 vor, in die der entsprechend ausgebildete Leitschaufelfuß 31 in Umfangsrichtung der Aufnahmestruktur 2 einfädelbar ist. Zur Montage der in die Aufnahmestruktur 2 einsetzbaren Turbinenleitschaufelfüße 31 ist der Turbinenleitschaufelträger 3 an wenigstens einer Trennebene 32 unterbrochen, an der die einzelnen Leitschaufeln nacheinander in die Aufnahmestruktur 2 einsetzbar sind. Eine feste Positionierung jeder einzelnen Leitschaufel 1 relativ zur Aufnahmestruktur erfolgt für gewöhnlich mit angefederten Arretierkolben 5, die federkraftbeaufschlagt in Sacklöchern 6 sitzen, die in Umfangsrichtung in der Aufnahmestruktur 2 des Turbinenleitschaufelträgers 3 vorgesehen sind.
Aus der Querschnittsdarstellung Fig. 1b ist zu entnehmen, daß die in die Aufnahmestruktur 2 eingeführte Leitschaufel 1 mit ihrem Leitschaufelfuß 31 paßgenau eingeführt ist. Der Leitschaufelfuß 31 weist zwei in entgegengesetzter Richtung weisende Gegenkonturen 7, 71 auf, die in die Nuten 4, 41 der Aufnahmestruktur 2 paßgenau hineinragen.
Um ein Einführen der Leitschaufelfüße in die Aufnahmestruktur 2 zu ermöglichen, muß ein gewisses Radialspiel 8 zwischen den einzelnen Gegenkonturen 7, 71 und den Nuten 4, 41 vorgesehen sein. Dieses montagebedingtes Radialspiel 8 führt jedoch beim Betrieb einer Turbine oder eines Verdichters zu ungewollten Leckagen für die Kühlluft, die beispielsweise über einen Kühlkanal 9 in den Bereich des Leitschaufelfusses 31 zugeführt wird. Ebenso führt das Radialspiel zu einem leichten Verkippen der Leitschaufeln 1 infolge der durch die auf die Leitschaufeln beim Betrieb einwirkenden Gaskraft.
Der zur Umfangspositionierung jeder einzelnen Leitschaufel 1 in dem Leitschaufelträger 3 eingesetzte, federkraftbeaufschlagte Arretierkolben 5 ragt in eine hierfür im Leitschaufelfußbereich vorgesehene Bohrung 10 hinein. Das Vorsehen eines derartigen federkraftbeaufschlagten Arretierkolbens ist jedoch bei der Montage bzw. Demontage der einzelnen Leitschaufeln 1 in bzw. aus dem Turbinenleitschaufelträger 3 mit der Handhabung vieler Kleinteile verbunden, was sich bei derartigen Arbeiten als sehr umständlich erwiesen hat.
Auch zeigt sich nach längerem Betrieb der in die Turbinenleitschaufelträger 3 eingesetzten Leitschaufeln infolge von Verschmutzung und Oxidation bzw. Korrosion der Leitschaufelfußbereiche eine erschwerte Demontierbarkeit, die es teilweise erforderlich macht, die einzelnen Leitschaufeln 1 in Umfangsrichtung aus der Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelträgers 3 herauszuklopfen bzw. zu hämmern. Je nach Durchmesser, über die die einzelnen Leitschaufeln in die Aufnahmestruktur 2 eingefügt werden können, kann es sein, daß der Entnahmeweg einzelner Leitschaufeln, gemessen von ihrer Umlaufposition bis zur Trennebene, mehr als 1 Meter beträgt. Dies verdeutlicht insbesondere die Arbeits- und Zeitintensität der bei der Demontage anfallenden Arbeitsschritte. Handelt es sich sogar um sogenannte Mehrlingsschaufeln, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, also um mehrere in Umlaufsrichtung des Leitschaufelträgers zusammenhängende Leitschaufeln, so erschwert sich die Montage und insbesondere die Demontage erheblich.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Verbindung einer Turbinenschaufel mit einem Turbinenschaufelträger gemäß des gattungsbildenden Oberbegriffs des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere sollen die für die Montage bzw. Demontage erforderlichen Arbeitsschritte vereinfacht und die für einen exakten Sitz und Positionierung jeder einzelnen Leitschaufel innerhalb des Leitschaufelträgers erforderlichen Einzel- bzw. Kleinteile auf ein Minimum reduziert werden. Insbesondere sollen die für einen sicheren Sitz der Leitschaufeln verantwortliche Leitschaufelfuß sowie die Aufnahmestruktur innerhalb des Leitschaufelträgers derart aufeinander abgestimmt sein, daß beim Betrieb derartiger Vorrichtungen auftretende Dejustierungen einzelner Leitschaufeln vermeidbar sind.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 1. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Verbindung einer Turbinenschaufel, die einen Turbinenschaufelfuß vorsieht, mit einem Turbinenschaufelträger, der eine ringförmig ausgebildete Aufnahmestruktur aufweist, in die der Turbinenschaufelfuß einsetzbar und mittels einer Arretierhilfe fest gegen den Turbinenschaufelträger sowohl radial, axial als auch in Umfangsrichtung zur Aufnahmestruktur verfügbar ist, ist derart ausgebildet, daß die Aufnahmestruktur wenigstens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut aufweist, in die eine am Turbinenschaufelfuß entsprechend ausgebildete Gegenkontur paßgenau einsetzbar ist, daß die Aufnahmestruktur und der Turbinenschaufelfuß derart ausgebildet sind, daß ein paßgenaues Verfügen des Turbinenschaufelfußes mit dem Turbinenschaufelträger ausschließlich durch radiales und axiales Einsetzen des Turbinenschaufelfußes in die Aufnahmestruktur erfolgt, daß die Aufnamestruktur und der Turbinenschaufelfuß jeweils einen Bereich aufweisen, die im verfügten Zustand einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zwischenraum einschließen, und daß die Arretierhilfe ein Distanzelement ist, dessen Form dem Zwischenraum angepaßt ist und das in Umfangsrichtung in den Zwischenraum einbringbar ist.
Zur Vermeidung des langwierigen Einfädelns einzelner Turbinenleitschaufeln in die Aufnahmestruktur des Turbinenleitschaufelträgers sieht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Aufnahmestruktur sowie des Turbinenleitschaufelfusses vor, daß die einzelnen Turbinenleitschaufeln weitgehend direkt an dem Ort, bezogen auf den Turbinenleitschaufelträger, an dem die Turbinenleitschaufeln positioniert werden, direkt in die Aufnahmestruktur durch radiales und axiales Verfügen des Leitschaufelfusses in die Aufnahmestruktur eingesetzt werden können. Bei der Demontage erfolgt die Entnahme der einzelnen Leitschaufeln in entsprechend umgekehrter Reihenfolge. Um ein Herausrutschen der einzelnen Leitschaufeln aus der Aufnahmestruktur entgegen der axialen Montagerichtung zu verhindern und um den beim Betrieb der auf die Leitschaufeln lastenden axialen Schub ohne dejustierende Auswirkungen aufnehmen zu können, wird ein als Distanzring ausgebildeter Abstandshalter in einem Zwischenraum zwischen Leitschaufelfuß und Aufnahmestruktur eingeführt. Auf diese Weise erfährt der Leitschaufelfuß einen paßgenauen Sitz innerhalb der Aufnahmestruktur. Der als Distanzring ausgebildete Abstandshalter vermag je nach Ausführungsform mehrere in die Aufnahmestruktur eingesetzte Leitschaufelfüsse zu fixieren, so daß auf eine Vielzahl einzelner Arretierhilfen verzichtet werden kann.
Die Besonderheit der aufeinander abgestimmten Konturen der Aufnahmestruktur innerhalb des Leitschaufelträgers und die eines Leitschaufelfusses besteht insbesondere darin, daß in der Aufnahmestruktur des Leitschaufelträgers zwei Aufnahmenuten eingearbeitet sind, die vorzugsweise als einseitig offene Hohlphasen ausgebildet sind, deren offene Seiten jeweils nach gleicher Richtung orientiert sind. Auf diese Weise ist es möglich, daß der Leitschaufelfuß radial auf die Aufnahmestruktur aufgesetzt werden kann und durch axiales Verschieben der Gegenkonturen des Leitschaufelfusses in die entsprechenden Nuten der Aufnahmestruktur eine paßgenaue Fügung erzielt wird.
Erfindungsgemäß bildet sich an wenigstens einer Stelle des Fügebereiches zwischen Aufnahmestruktur des Leitschaufelträgers und des Leitschaufelfusses ein Zwischenraum, in dem gezielt eine Art Distanzring einbringbar ist, der den Leitschaufelfuß gegen die Aufnahmestruktur wenigstens in axialer, vorzugsweise jedoch zusätzlich in radialer Richtung gegen Verrutschen sichert.
Zur Vermeidung, daß die in die Aufnahmestruktur eingebrachten Leitschaufeln in Umfangsrichtung relativ zur Aufnahmestruktur zu wandern beginnen, können die Leitschaufelfüsse einzelne Ausnehmungen aufweisen, in die beispielsweise extra in der Aufnahmestruktur des Leitschaufelträgers vorgesehene Zapfen bzw. Vorsprünge eingreifen können, um ein Verrutschen in Umfangsrichtung zu verhindern. Alternativ oder in Ergänzung zu den in den Leitschaufelfüssen vorgesehenen Ausnehmungen dienen kleine Nasen oder Vorsprünge an den Leitschaufelfüssen, die in entsprechende Ausnehmungen innerhalb der Aufnahmestruktur des Leitschaufelträgers eingreifen können, zusätzlich als Sicherung gegen Verrutschen in Umfangsrichtung.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a, b
Darstellung einer bekannten Aufnahmestruktur zwischen Leitschaufelfüssen und Aufnahmestruktur eines Leitschaufelträgers,
Fig. 2a, b
erfindungsgemäße Aufnahmestruktur zwischen Leitschaufelfüssen und Aufnahmestruktur eines Leitschaufelträgers mit Arretierzapfen,
Fig. 3
erfindungsgemäße Aufnahmestruktur für zusammenhängende Leitschaufelfüsse mit Dichtnuten und Dichtstreifen, sowie
Fig. 4a, b, c
erfindungsgemäße Aufnahmestruktur mit einem zweiteiligen Distanzring.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Bezüglich der bekannten in Fig. 1 dargestellten Aufnahmestruktur wird auf die vorstehend angegebenen Erläuterungen zum Stand der Technik verwiesen.
In Fig. 2a ist eine Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus einem Turbinenleitschaufelträger 3 und einer Leitschaufel 1, dargestellt. Der Leitschaufelträger 3 weist an seiner peripheren Umfangsfläche eine Aufnahmestruktur 2 auf, die zwei als Hohlphasen ausgebildete Nuten 4, 41 vorsieht, die zudem über eine rechteckige Innenkontur verfügen. In die Nuten 4, 41 ragen entsprechende Gegenkonturen 7, 71 paßgenau hinein, die Teil des Turbinenleitschaufelfusses 31 sind. Im Gegensatz zu der in dem Turbinenleitschaufelträger in Umlaufrichtung kontinuierlich durchgehende Nut 4 ist die Nut 41 im gezeigten Beispiel gemäß Fig. 2 b als Zapfens 11 ausgebildet, der zudem in eine entsprechende Ausnehmung 11' innerhalb des Leitschaufelfusses zur Radial- und Umfangspositionierung der Leitschaufel innerhalb der Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelträgers 3 beiträgt.
Der wesentliche Aspekt der in den Teilfiguren 2a und 2b dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Leitschaufeln 1 im wesentlichen radial von innen auf die Aufnahmestruktur 2 abgesenkt werden können und durch bloßes axiales Verschieben in die entsprechenden Nutöffnungen eine paßgenaue Fügeverbindung zwischen Leitschaufelfuß 31 und Aufnahmestruktur 2 erhalten wird. Nach dem axialen Verschieben des Leitschaufelfusses 31 innerhalb der Aufnahmestruktur 2 bildet sich ein Zwischenraum 12, in den in Umfangsrichtung ein Distanzring 13 einschiebbar ist (siehe hierzu Fig. 2a und 2b). Der Distanzring 13 kann segmentiert oder einstückig in den Zwischenraum nach Einsetzen aller Leitschaufeln in die Aufnahmestruktur eingeführt werden. Zwar hat der Distanzring 13 sowohl radial als auch axial im entlasteten Zustand genügend Spiel innerhalb des Zwischenraumes 12, um ihn zum einen problemlos in den Zwischenraum einzuführen oder zur Demontage entsprechend herauszuziehen, doch bietet er ausreichend Halt für eine paßgenaue Fügung zwischen Leitschaufelfuß und der Aufnahmestruktur. Insbesondere im Betrieb wird das Axialspiel durch die vorherrschende axiale Gaskraft aufgehoben, wodurch es zu einer guten gegenseitigen Ausrichtung der einzelnen Schaufeln kommt.
Häufig sind auch Turbinenleitschaufeln mit in Umfangsrichtung der Trägerstruktur weisenden Dichtnuten und Dichtstreifen versehen. Eine mit diesen Dichtungsvorkehrungen ausgestattete Leitschaufel ist in Fig. 3 dargestellt. Eine Besonderheit derartiger Leitschaufeln besteht darin, daß sie vor dem Einsetzen in die Aufnahmestruktur des entsprechenden Leitschaufelträgers über Dichtstreifen und/oder Innensegmente miteinander verbunden sind und dadurch gruppenweise zusammenhängend in die Aufnahmestruktur eingesetzt und eingefügt werden müssen.
Das Einsetzen erfolgt vorzugsweise in den in der Fig. 3 dargestellten Sequenzen A bis C. Zunächst werden die zusammenhängenden Leitschaufeln 1 in radialer Richtung r auf die Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelträgers 3 zubewegt (siehe Sequenz A, linke Querschnittsdarstellung, die eine Schnittzeichnung gemäß dem Schnitt A-A durch die links dargestellte Draufsichtsdarstellung auf die in einen Leitschaufelträger 3 eingesetzten Leitschaufeln 1 entspricht). Hierbei gelangen die Flächenabschnitte 34 und 35 des Leitschaufelfusses 31 in Kontakt mit den Flächenabschnitten 21 und 22 der Aufnahmestruktur 2. Dieses Aufsetzen ist insbesondere bei schweren Leitschaufeln von Vorteil, da die Last der Schaufel bei geeigneter Absenkung von dem Leitschaufelträger 3 getragen wird. (Siehe hierzu Teilbild B, das zugleich dem Querschnitt durch die linke Darstellung entlang der Schnittlinie B entspricht). In dieser abgesenkten Stellung können zugleich voneinander beabstandete Leitschaufeln 1 derart in Umfangsrichtung relativ zueinander positioniert werden, so daß ihre gegenüberliegenden Dichtnuten 13 derart fluchten, so daß der entsprechend vorgesehene Dichtstreifen 14 beide Leitschaufeln gegeneinander abdichtet.
Im Schritt C werden die über die Dichtstreifen 14 zusammenhängenden Leitschaufeln 1 durch axiales Verschieben formschlüssig in die entsprechenden Nuten 4, 41 der Aufnahmestruktur 2 formschlüssig verschoben. Teilbild C entspricht wiederum dem Querschnitt durch die Schnittlinie an der Stelle C. Zur festen Positionierung des Leitschaufelfusses 31 gegenüber der Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelfußträgers 3 wird schließlich ein Distanzring 13 in Umfangsrichtung in den sich bildenden Zwischenraum 12 eingeführt.
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit einer formschlüssigen Anordnung zwischen Leitschaufelfuß und Leitschaufelträger besteht darin, die Funktion der Umfangspositionierung auf einen zweiteiligen Distanzring zu übertragen. In Abbildung 4a ist eine Querschnittsdarstellung gezeigt, in der ein Leitschaufelfuß 31 in der Aufnahmestruktur 2 eines Leitschaufelträgers 3 formschlüssig eingepaßt ist. Wie in allen anderen Ausführungsbeispielen greift auch hier die Gegennut 7 in die entsprechende Nut 4 der Aufnahmestruktur 2 ein. Optional kann auch eine Gegenkontur 71 am Leitschaufelfuß 31 vorgesehen sein, die in die entsprechende Nut 41 eingreift, doch ist es auch möglich auf diese zu verzichten, wie es beispielsweise aus der perspektivischen Darstellung eines Leitschaufelfusses 31 aus Fig. 4b hervorgeht. Da die Nut 4 in der Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelträgers 3 in Umfangsrichtung kontinuierlich verläuft, müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden, um eine gezielte Umfangspositionierung, d.h. eine Feststellung der Leitschaufel relativ zum Leitschaufelträger zu erzielen. Hierfür dient ein sogenannter Schubring, der in alternativen Ausführungsvarianten in Fig. 4c dargestellt ist.
Der in der Fig. 4c dargestellte Schubring 16 weist abstehende Formteile 17 und 18 auf, die als Federn bezeichnet werden und zur Umfangspositionierung eines Leitschaufelfusses innerhalb der Aufnahmestruktur 2 dienen. Bei Einfügen des Schubringes 16 in den Zwischenraum 12 gelangen die Formteile 17 in entsprechende Ausnehmungen 19, die in jedem Schaufelfuß 31 vorgesehen sind (siehe Fig. 4b). Entsprechend gelangen die nach oben des Schubringes 16 orientierten Formteile 18 in entsprechende Ausnehmungen innerhalb der Aufnahmestruktur 2 des Leitschaufelträgers 3. Ein nachträglich in Umfangsrichtung eingeführter Distanzring 13 sorgt dafür, daß der Schubring 16 sowohl gegen die Innenkontur des Schaufelfusses 31 als auch gegen die entsprechende Ausnehmung der Aufnahmestruktur 2 gedrückt wird.
Wie in Fig. 4c dargestellt, können die Schubringe jeweils einzeln für jeden Leitschaufelfuß (siehe linke Detaildarstellung) oder für mehrere Leitschaufelfüsse (bspw. Positionierung für 3 Leitschaufelfüsse, siehe rechte Detaildarstellung in Fig.4b) ausgebildet werden.
Zusammenfassend ist festzuhalten, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung bei der Montage und Demontage von Leitschaufeln in die entsprechend ausgebildeten Aufnahmestrukturen weit weniger Teile benötigt werden, als es mit den bekannten Verbindungstechniken der Fall ist. Überdies führt die erfindungsgemäße Anordnung zu kleineren Radialspielen der Leitschaufelfüsse innerhalb des Leitschaufelfußträgers, so daß mögliche Leckagen hinsichtlich Austritt von Kühlmedium durch Kippen reduziert werden können. Da insbesondere der Ausbauweg der einzelnen Leitschaufeln aus dem Leitschaufelträger axial bzw. radial zum Träger erfolgen kann, wird die Demontierbarkeit erheblich vereinfacht und die Demontagedauer wesentlich reduziert. Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung von Mehrlingsschaufelsegmenten mit zunehmender Umfangslänge, wie es beispielsweise im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dargestellt ist, bietet die erfindungsgemäße Anordnung eine komfortable Handhabung mehrerer, zusammenhängender Leitschaufeln bei der Montage sowie Demontage.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Leitschaufel
2
Aufnahmestruktur
21, 22
Flächenabschnitte der Aufnahmestruktur
3
Turbinenleitschaufelträger
4, 41
Nut, Einführnut in der Aufnahmestruktur
31
Turbinenleitschaufelfuß
32
Trennebene
34, 35
Flächenabschnitt am Leitschaufelfuß
5
Arretierkolben
6
Sacklöcher
7, 71
Gegenkonturen
8
Radialspiel
9
Kühlkanal
10
Bohrung im Leitschaufelfuß
11
Zapfen
11'
Ausnehmung
12
Zwischenraum
13
Distanzring
14
Dichtnut
15
Dichtstreifen
16
Schubring
17, 18
abstehende Formteile
19
Ausnehmung im Schaufelfuß
S
Strömungsrichtung
r
Radialrichtung
a
Axialrichtung

Claims (12)

  1. Anordnung zur Verbindung einer Turbinenschaufel (1), die einen Turbinenschaufelfuß (31) vorsieht, mit einem Turbinenschaufelträger (3), der eine ringförmig ausgebildete Aufnahmestruktur (2) aufweist, in die der Turbinenschaufelfuß (31) einsetzbar und mittels einer Arretierhilfe fest gegen den Turbinenschaufelträger (3) sowohl radial, axial als auch in Umfangsrichtung zur Aufnahmestruktur (2) verfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmestruktur (2) wenigstens eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut (4, 41) aufweist, in die eine am Turbinenschaufelfuß (31) entsprechend ausgebildete Gegenkontur (7, 71) paßgenau einsetzbar ist,
    daß die Aufnahmestruktur (2) und der Turbinenschaufelfuß (31) derart ausgebildet sind, daß ein paßgenaues Verfügen des Turbinenschaufelfußes (31) mit dem Turbinenschaufelträger (3) ausschließlich durch radiales und axiales Einsetzen des Turbinenschaufelfußes (31) in die Aufnahmestruktur (2) erfolgt,
    daß die Aufnamestruktur (2) und der Turbinenschaufelfuß (31) jeweils einen Bereich aufweisen, die im verfügten Zustand einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zwischenraum (12) einschließen, und
    daß die Arretierhilfe ein Distanzelement (13) ist, dessen Form dem Zwischenraum angepaßt ist und das in Umfangsrichtung in den Zwischenraum einbringbar ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Nut (4) als einseitig offene Hohlphase ausgebildet ist, über deren offene Seite die Gegenkontur (7) des Turbinenschaufelfußes (31) axparallel zur Aufnahmestruktur (2) in die Hohlphase einsetzbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlphase eine rechteckige Innenkontur, mit zwei axparallelen und einem radialen Flächenabschnitt, aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmestruktur (2) zwei in Umfangsrichtung umlaufende Nuten (4, 41) aufweist, an deren Innenkonturen der Turbinenschaufelfuß (31) entsprechend angepaßte Gegenkonturen (7, 71) vorsieht und die derart angeordnet sind, daß
    die offenen Seiten der Nuten zu gleichen Seiten bezogen auf die axiale Erstreckung der Aufnahmestruktur (2) angeordnet sind.
  5. Anordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenschaufelfuß (31) Ausnehmungen (19) aufweist, in die entsprechend ausgebildete Formabschnitte der Aufnahmestruktur paßgenau eingreifen.
  6. Anordnung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Formabschnitte zapfenartige Fortsätze (11) sind, die eine Arretierung jedes einzelnen Turbinenschaufelfußes (31) in Umfangsrichtung sichern.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmestruktur (2) und der Turbinenschaufelfuß (31) axial verlaufende Flächenabschnitte (21, 22, 34, 35) aufweisen, die ein Aufeinandersetzten durch bloßes Verfügen in Radialrichtung derart ermöglichen, daß durch anschließende Relativbewegung von Turbinenschaufelfuß (31) und Aufnahmestruktur (2) ein paßgenaues Verfügen in die Nuten möglich ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (15) in Art eines Zwischenringes ausgebildet ist, der segmentweise in den Zwischenraum einfügbar ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Schubring (16) vorgesehen ist, der zusätzlich zum Distanzring in den Zwischenraum einbringbar ist und abstehende Formteile (17, 18) aufweist, von denen wenigstens eines in eine entsprechende Ausnehmung (19) im Turbinenschaufelfuß und wenigstens ein anderes in eine entsprechende Ausnehmung in der Aufnahmestruktur paßgenau hineinragt.
  10. Anordnung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (17, 18) axial und radial in eingebrachter Lage verlaufen, und daß die axialen Formteile in die Turbinenschaufelfüße und die radialen Formteile in die Aufnahmestruktur des Turbinenschaufelfußträgers hineinragen.
  11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzring (15) zwischen Aufnahmestruktur (2) und Schubring (16) einbringbar ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschaufel (1) eine Turbinenleitschaufel und der Turbinenschaufelträger ein Turbinenleitschaufelträger sind.
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