EP1120545B1 - Rückhaltevorrichtung für Rotorschaufeln einer Axialturbomaschine - Google Patents

Rückhaltevorrichtung für Rotorschaufeln einer Axialturbomaschine Download PDF

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EP1120545B1
EP1120545B1 EP00118862A EP00118862A EP1120545B1 EP 1120545 B1 EP1120545 B1 EP 1120545B1 EP 00118862 A EP00118862 A EP 00118862A EP 00118862 A EP00118862 A EP 00118862A EP 1120545 B1 EP1120545 B1 EP 1120545B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
retaining ring
blade root
locking device
blade
accordance
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00118862A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1120545A2 (de
EP1120545A3 (de
Inventor
Stuart Dr. Lee
Peter Broadhead
Tim MÖLLER
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.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP1120545A2 publication Critical patent/EP1120545A2/de
Publication of EP1120545A3 publication Critical patent/EP1120545A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1120545B1 publication Critical patent/EP1120545B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates

Definitions

  • the invention relates to a retaining device for rotor blades of an axial turbomachine according to the preamble of patent claim 1.
  • the blades of a turbine stage are generally anchored in recesses provided for this purpose on the circumference of a rotor disk.
  • the blade feet for example, droplet-shaped or dovetail-shaped, so that the individual blades can be easily axially push into corresponding recesses on the circumference of the rotor disk. Due to the tapering of the blade feet, the individual blades are held in the radial direction in the rotor disk. In order to avoid a displacement of the blades in the axial direction, they can be locked, for example by a grub screw in its anchorage. In other retention mechanisms clamping pins are provided to provide a corresponding locking in the axial direction.
  • a further known from the prior art retaining device has for receiving the rotor blades on the circumference of a rotor disk fir-tooth-like toothed recesses.
  • corresponding blade feet also provided with a fir tree-like toothing are inserted axially.
  • the blade root holder is slightly conical in the axial direction, so that the blade can be inserted and removed only in one direction.
  • the blade root is fixed in this prior art by holding plates in its positions.
  • Such retaining plates are for example described in EP 0761930 A1.
  • Such holding plates are expensive to manufacture and require special tools during assembly. Due to the high mass of the holding plates high centrifugal forces are generated.
  • US 4,846,628 proposes a closed, circumferential holding and sealing ring, which has elevations on its inner circumference, which engage in corresponding claws of the rotor disk.
  • This holding and sealing ring covers the entire blade root height and has a labyrinth seal on its outer circumference. Furthermore, the holding and sealing ring described here and the blade feet must be positioned exactly in the axial direction to each other, so that the holding and sealing ring circumferentially formed contact seal can act.
  • FIG. 90 A similar prior art retaining and sealing ring 90 is shown in FIG.
  • the assembly and locking takes place in this prior art in a manner similar to a bayonet lock. Since the holding and sealing ring used at the same time serves as a seal against leakage flows between the rotor 93 and blades 94, it covers virtually the entire blade root 91 and must be manufactured and mounted due to the circumferential contact seal 92 with great accuracy. Furthermore, this holding and sealing ring 90 on its outer circumference on a labyrinth seal 95.
  • EP 0463955 B1 shows in the context of an embodiment, a circumferential retaining ring for a rotor blading, which covers most of the blade root. Structure and operation of this retaining ring is not described further in this prior art.
  • GB 2 258 273 A which forms the closest prior art, describes a retaining device in which the rotor disk has a groove which opens radially inwardly and in which the blade root is provided with a groove which opens radially outwards.
  • the retaining ring can be inserted between these two grooves.
  • the retaining ring is double-walled in its retention area by a loop-like part of the retaining ring is bent upwards and acts resiliently. This results on the one hand, due to the elasticity of the bent-up part, problems with the game occurring, on the other hand, such a retaining ring is costly and expensive to install.
  • EP 0 833 039 A This publication shows a retaining ring with raised sections and recesses.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a retainer for blades of a turbomachine, which avoids the disadvantages of the prior art.
  • this is to provide a cost-effective restraint device which enables the improved control of leakage flows in the blade root area, overall improved flow conditions in the interstage area, lower centrifugal forces and easy installation.
  • the device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that a cost-effective retainer for blades of an axial turbomachine is provided which allows an improved control of leaks in the blade root area, overall improved flow conditions in the interstage area, lower centrifugal forces and easy installation.
  • This is achieved by the separation of the retention function, which is fulfilled by the retaining ring according to the invention, and the sealing function, which is fulfilled by using a retaining ring according to the invention by corresponding sealing surfaces between the blade and rotor disk, a considerable statisticserspamis.
  • the retaining function is fulfilled by arranged on the outer periphery of the retaining ring raised portions which cooperate with corresponding blade root sections. The directions given below are based on the rotor disk as a reference system.
  • the raised portions formed on the outer circumference of the retaining ring can be formed either according to claim 2 or according to claim 4.
  • the corresponding blade root portions are formed according to claim 3 or according to claim 5.
  • the raised portion on the outer circumference of the retaining ring from the side inserted into a corresponding receptacle on the blade root.
  • Complex special tool can be dispensed with in the present invention, since the retaining ring can be easily assembled with the usual assembly tools.
  • the invention thus provides a locking mechanism for the retaining ring which acts in a manner similar to a bayonet closure.
  • a significant weight saving is associated, which reduces both the manufacturing costs and the centrifugal forces and thereby enables higher speeds. Furthermore, due to the low blade root overlap, flow channels in the blade root area become possible which positively influence the flow and cooling air ratios between the rotor stages while penetrating the blade root area.
  • an embodiment is provided as a blocking block, which is inserted between two jaws of the locking mechanism.
  • the block can be secured, for example by securing wires against accidental slipping out.
  • several of these locks are provided on a rotor stage for redundancy reasons.
  • the design of the Schaufelfuß technique according to the features of claim 10 is particularly advantageous.
  • a fir-tree-like configuration of the toothing, which tapers conically in the axial direction, is advantageous.
  • the restraint device described is otherwise suitable for compressor and turbine stages. Particularly advantageous is a use in a turbine stage.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of the retaining device, in which a section of a rotor disk 2 is shown in section.
  • a blade 4 also shown in fragmentary form.
  • the blade 4 is received via a blade root 3 in a formed on the outer periphery of the turbine disk 2 Schaufelfuß technique 12 and thereby fixed in the radial direction.
  • the blade 4 is secured by a retaining ring 1.
  • a arranged in the region of the blade root 3 flow channel 14 is shown in dashed lines, which contributes to the improvement of the interstage flow.
  • a corresponding flow channel 14 is substantially possible by the inventive design of the retaining ring 1, which covers less than a third, in the present case about one-eighth of the blade root height.
  • the outlet opening 16 of the flow channel 14 is free, so that cooling air from the flow channel 14 can freely enter the disc space 2 following the disc rotor.
  • retention and sealing function are decoupled from each other.
  • the sealing function is perceived by a blade / disc sealing surface 15 to avoid leakage.
  • the blade / disc sealing surface 15 is formed as a mating surface between the bottom 26 of the blade platform and the top of the disposed between the Schaufelfußfactn 12 disc posts 25.
  • the closed, circumferential has on its inner circumference inwardly projecting portions 20 which engage in protruding on the rotor disk 2 claws
  • the claws 21 are on the one hand from a vertically projecting from the turbine disk 2, but thereby interrupted in the circumferential direction (see Fig. 3) rail 6 and on the other from a parallel to the turbine disk 2 arranged (of course also not circulating - see again Fig .3) stop 9 are formed and are thus arranged at regular intervals on the circumference of the rotor disk 2.
  • the rotor disk 2 in this case has below the Schaufelfußability 12 a circumferential recess 23 (viewed in the axial direction), which is continued at its lower end as (while interrupted) rail 6. At its upper end, the recess 23 has a machined guide surface 27, which corresponds to a shoulder 22 of the retaining ring 1.
  • the radially inwardly projecting portions 20 and the claws 21 act like a bayonet lock together.
  • the retaining ring 1 is shown in detail in FIG. In the area of the outer circumference, the retaining ring 1 has the stepped shoulder 22 already mentioned above. This forms with the machined surface 27 of the recess 23 a guide for the retaining ring 1 and thereby allows the precise insertion of arranged on the outer periphery of the retaining ring 1 raised portions 17 in a groove or retaining groove 5 a protruding retaining lug 18 of the blade 4.
  • Further 2 shows a locking device 8 for fixing the retaining ring 1 in the circumferential direction.
  • the arresting device 8 is formed by a substantially block-shaped block which can be inserted into the recesses formed on the inner circumference of the retaining ring 1 between the protruding portions 20.
  • the locking device 8 is secured against displacement in the axial direction by locking wires 10, which are respectively passed through holes 24 at the two ends of the locking device 8, as the perspective view in Figure 6 can be removed.
  • the basic structure of the retaining ring 1 is clearer by the fragmentary view in Figure 3.
  • the retaining ring 1 is first, as shown in perspective in Figure 3, applied to the rotor disk 2.
  • the radially inwardly projecting from the retaining ring 1 sections 20 are each between two jaws 21 of the rotor disk 2.
  • the blade foot 12 formed on the outer circumference of the rotor disk 2 in this case have a fir-tree-like teeth 13.
  • the retaining ring 1 in the circumferential direction moved so that the Schaufelfuß techniquen 12 are completely released.
  • the radially inwardly projecting portions 20 on the inner circumference of the retaining ring 1 partially slide into the claws 21 on the rotor disk 2.
  • the blade 4 is then inserted into the blade root receiver 12, as shown by way of example for a blade in FIG.
  • the blade 4 in the region of the blade root 3 a retaining lug 18 with the retaining groove 5 shown in Figures 1 and 2 on.
  • the raised portions 17 arranged on the outer circumference of the retaining ring 1 are inserted into the corresponding retaining grooves 5.
  • the blades 4 are axially fixed in the Schaufelfußing techniquen 12.
  • the outlet opening 16 of the flow channel shown in FIG. 1 is provided or shown on the retaining lug 18.
  • the blade 4 After inserting the lock 8 and securing it by securing wires 10, the blade 4 is secured and ready for operation with the rotor disk 2, as shown by way of example with reference to a blade in Figure 6.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
  • the same or similar parts are provided with the same reference numerals.
  • raised portions 17 are formed like a sawtooth.
  • the sawtooth-like raised portions 17 can be inserted laterally into recesses 28 provided thereon on the blade root 3, as indicated schematically in FIG.
  • FIG. 7 also shows the blade / disk sealing surfaces 15, which perform the function of the contact seal 91 of the prior art shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a view of the retaining ring 1 provided with sawtooth-like raised portions 17.
  • the mounting of the retaining ring 1 takes place in an analogous manner as described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the radially inwardly projecting from the retaining ring 1 sections 20 are each between two jaws 21 of the rotor disk 2.
  • the blade foot 12 formed on the outer circumference of the rotor disk 2 in this case have a fir-tree-like teeth 13.
  • a locking device (not shown) is inserted into the recesses between the inwardly protruding portions 20 for locking the retaining ring 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rückhaltevorrichtung für Rotorschaufeln einer Axialturbomaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Rückhaltemechanismen für Laufschaufeln einer Axialturbomaschine bekannt. So werden die Schaufeln einer Turbinenstufe im allgemeinen in hierfür vorgesehene Vertiefungen am Umfang einer Rotorscheibe verankert. Dabei sind die Schaufelfüße beispielsweise tropfenförmig oder schwalbenschwanzartig ausgestaltet, so daß sich die einzelnen Schaufeln leicht axial in korrespondierende Vertiefungen am Umfang der Rotorscheibe hineinschieben lassen. Durch die Verjüngung der Schaufelfüße werden die einzelnen Schaufeln in radialer Richtung in der Rotorscheibe gehalten. Um eine Verschiebung der Schaufeln in axialer Richtung zu vermeiden, können diese beispielsweise durch eine Madenschraube in ihrer Verankerung arretiert werden. Bei anderen Rückhaltemechanismen werden Klemmzapfen vorgesehen, um eine entsprechende Arretierung in axialer Richtung zu schaffen.
  • Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Rückhaltevorrichtung weist zur Aufnahme der Rotorschaufeln am Umfang einer Rotorscheibe tannenbaumartig verzahnte Vertiefungen auf. Hierin werden korrespondierende ebenfalls mit einer tannenbaumartigen Verzahnung versehene Schaufelfüße axial eingeschoben. Dabei ist die Schaufelfußhalterung in axialer Richtung leicht konisch ausgeführt, so daß die Schaufel jeweils nur in einer Richtung eingeschoben und entnommen werden kann. Um ein unbeabsichtigtes Lösen und Herausrutschen der Schaufel aus der Schaufelfußhalterung zu vermeiden, wird der Schaufelfuß bei diesem Stand der Technik durch Halteplatten in seiner Positionen fixiert. Derartige Halteplatten sind beispielsweise in der EP 0761930 A1 beschrieben. Derartige Halteplatten sind kostspielig in der Herstellung und erfordern spezielle Werkzeuge bei der Montage. Aufgrund der hohen Masse der Halteplatten werden hohe Fliehkräfte erzeugt.
  • Um die Strömungsverhältnisse zwischen den einzelnen Schaufelstufen zu verbessern, schlägt die US 4,846,628 einen geschlossenen, umlaufenden Halte- und Dichtungsring vor, der an seinem Innenumfang Erhebungen aufweist, die in entsprechende Klauen der Rotorscheibe eingreifen. Dieser Halte- und Dichtungsring überdeckt die gesamte Schaufelfußhöhe und weist an seinem Außenumfang eine Labyrinthdichtung auf. Ferner müssen der hier beschriebene Halte- und Dichtungsring und die Schaufelfüße exakt in axialer Richtung zueinander positioniert sein, damit die am Halte- und Dichtungsring umlaufend ausgebildete Berührungsdichtung wirken kann.
  • Ein ähnlicher Halte- und Dichtungsring 90 vom Stand der Technik ist in Figur 9 dargestellt. Die Montage und Arretierung erfolgt bei diesem Stand der Technik in einer Weise ähnlich einem Bajonettverschluß. Da der dabei verwendete Halte- und Dichtungsring gleichzeitig als Dichtung gegen Leckströmungen zwischen Rotor 93 und Schaufeln 94 dient, deckt er quasi den gesamten Schaufelfuß 91 ab und muß aufgrund der umlaufenden Berührungsdichtung 92 mit großer Genauigkeit gefertigt und montiert werden. Ferner weist dieser Halte- und Dichtungsring 90 an seinem Außenumfang eine Labyrinthdichtung 95 auf.
  • Die beiden zuletzt beschriebenen Halte- und Dichtungsvorrichtungen haben den Nachteil, daß sie aufgrund der geringen Toleranzen bei Herstellung und Montage sehr teuer sind. Aufgrund der hohen Masse sind die damit erzielbaren Drehzahlen bzw. die Lebensdauer eingeschränkt.
  • Zwar zeigt die EP 0463955 B1 im Rahmen eines Ausführungsbeispiels einen umlaufenden Rückhaltering für eine Rotorbeschaufelung, der den größten Teil des Schaufelfußes überdeckt. Aufbau und Funktionsweise dieses Rückhalterings wird jedoch bei diesem Stand der Technik nicht weiter beschrieben.
  • In der den nächstkommenden Stand der Technik bildenden GB 2 258 273 A ist eine Rückhaltevorrichtung beschrieben, bei welcher die Rotorscheibe eine radial nach innen gerichtet offene Nut aufweist und bei welcher der Schaufelfuß mit einer radial nach außen gerichtet geöffneten Nut versehen ist. Zwischen diese beiden Nuten ist der Rückhaltering einschiebbar. Der Rückhaltering ist dabei in seinem Rückhaltebereich doppelwandig ausgebildet, indem ein schlaufenartiger Teil des Rückhalterings nach oben gebogen ist und federnd wirkt. Hierdurch ergeben sich zum einen, bedingt durch die Elastizität des hochgebogenen Teils, Probleme mit dem auftretenden Spiel, zum anderen ist ein derartiger Haltering kostenintensiv und aufwendig in der Montage.
  • US 5,330,324 A: Diese Druckschrift beschreibt eine ähnliche Konstruktion, wie die oben genannte GB 2 258 273 A.
  • EP 0 833 039 A: Diese Veröffentlichung zeigt einen Haltering mit erhabenen Abschnitten sowie Aussparungen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Turbomaschine zu schaffen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Außerdem soll hierdurch eine kostengünstige Rückhaltevorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche die verbesserte Beherrschung von Leckströmungen im Schaufelfußbereich, insgesamt verbesserte Strömungsbedingungen im Zwischenstufenbereich, geringere Fliehkräfte und eine leichte Montage ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Rückhaltevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine kostengünstige Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Axialturbomaschine zur Verfügung gestellt wird, die eine verbesserte Beherrschung von Leckströmungen im Schaufelfußbereich, insgesamt verbesserte Strömungsbedingungen im Zwischenstufenbereich, geringere Fliehkräfte und eine leichte Montage ermöglicht. Dabei wird durch die Trennung der Rückhaltefunktion, die vom erfindungsgemäßen Rückhaltering erfüllt wird, und der Dichtungsfunktion, die bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Rückhalterings durch entsprechende Dichtflächen zwischen Schaufel und Rotorscheibe erfüllt wird, eine erhebliche Gewichtserspamis erzielt. Außerdem sind aufgrund des Wegfalls von Berührungs- und Labyrinthdichtungen größere Fertigungs- und Montagetoleranzen möglich. Die Rückhaltefunktion wird dabei durch am Außenumfang des Rückhalterings angeordnete erhabene Abschnitte erfüllt, die mit korrespondierenden Schaufelfußabschnitten zusammenwirken. Die im folgenden verwendeten Richtungsangaben gehen von der Rotorscheibe als Bezugssystem aus.
  • Nach alternativen Weiterbildungen können die am Außenumfang des Rückhalterings gebildeten erhabenen Abschnitte entweder gemäß Anspruch 2 oder gemäß Anspruch 4 ausgebildet sein. Je nach Ausgestaltung der erhabenen Abschnitte sind die korrespondierenden Schaufelfußabschnitte gemäß Anspruch 3 oder gemäß Anspruch 5 ausgebildet. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Anspruch 2 und 3 wird bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 und 5 der erhabene Abschnitt am Au-ßenumfang des Rückhalterings von der Seite in eine entsprechende Aufnahme am Schaufelfuß eingeschoben. Auf aufwendiges Spezialwerkzeug kann bei der vorliegenden Erfindung verzichtet werden, da sich der Rückhaltering leicht mit den gängigen Montagewerkzeugen montieren lässt.
  • Die Erfindung sieht somit einen in ähnlicher Weise wie ein Bajonettverschluss wirkenden Verriegelungsmechanismus für den Rückhaltering vor.
  • Erfindungsgemäß ist eine erhebliche Gewichtseinsparung verbunden, die sowohl die Herstellungskosten als auch die Fliehkräfte verringert und die dadurch höhere Drehzahlen ermöglicht. Ferner werden durch die geringe Schaufelfußüberdeckung Strömungskanäle im Schaufelfußbereich möglich, die unter Durchdringung des Schaufelfußbereiches die Strömungs- und Kühlluftverhältnisse zwischen den Rotorstufen positiv beeinflussen.
  • Erfind.ungsgemäß ist eine Ausgestaltung als Sperrklotz vorgesehen, der zwischen zwei Klauen des Verriegelungsmechanismus eingeschoben wird. Der Sperrklotz kann dabei beispielsweise durch Sicherungsdrähte gegen unbeabsichtigtes Herausgleiten gesichert werden. Im Normalfall sind aus Redundanzgründen mehrere dieser Arretierungen an einer Rotorstufe vorgesehen.
  • Durch die Ausgestaltung der Schaufel/Scheibe Dichtfläche gemäß Anspruch 9 sind keine zusätzlichen Dichtungen am erfindungsgemäßen Rückhaltering vorzusehen. Die Herstellung der Dichtflächen an der Unterseite der Schaufelplattform und den Rotorpfosten verlangt keinen zusätzlichen Arbeitsschritt, da sie bei der spanenden Nachbearbeitung der entsprechenden Bauteile mit erfolgen kann. Ungenauigkeiten bei der axialen Positionierung der Schaufeln beeinträchtigen bei dieser Ausführungsform das Dichtungsverhalten nicht.
  • Die Gestaltung der Schaufelfußaufnahme gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10 ist besonders vorteilhaft. Insbesondere ist dabei eine tannenbaumartige Ausbildung der Verzahnung, die sich in axialer Richtung konisch verjüngt, vorteilhaft. Die beschriebene Rückhaltevorrichtung ist im übrigen für Verdichter- und Turbinenstufen geeignet. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Verwendung in einer Turbinenstufe.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden durch die Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen läutert. Darin zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Schnittansicht einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Figur 2
    eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung gemäß der Ausführungsform aus Figur 1;
    Figur 3
    eine perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß der Ausführungsform nach Figur 1 in einem ersten Montageschritt;
    Figur 4
    eine zweite perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß der Ausführungsform nach Figur 1 in einem zweiten Montageschritt;
    Figur 5
    eine dritte perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß der Ausführungsform nach Figur 1 in einem dritten Montageschritt;
    Figur 6
    eine vierte perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung gemäß der Ausführungsform nach Figur 1 im fertig montierten Zustand;
    Figur 7
    eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einen Ausschnitt, bei dem der Rückhaltering sägezahnförmige Erhebungen aufweist;
    Figur 8
    eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in axialer Richtung;
    Figur 9
    einen Halte- und Dichtungsring gemäß dem Stand der Technik.
  • Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine erste vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung der Rückhaltevorrichtung, bei der ein Ausschnitt einer Rotorscheibe 2 im Schnitt dargestellt ist. Am Außenumfang der Rotorscheibe 2 ist eine ebenfalls ausschnittsweise dargestellte Schaufel 4 angeordnet. Die Schaufel 4 ist über einen Schaufelfuß 3 in einer am Au-ßenumfang der Turbinenscheibe 2 ausgebildeten Schaufelfußaufnahme 12 aufgenommen und dadurch in radialer Richtung fixiert. Gegen Verschiebung in axialer Richtung ist die Schaufel 4 durch einen Rückhaltering 1 gesichert. Außerdem ist ein im Bereich des Schaufelfußes 3 angeordneter Strömungskanal 14 gestrichelt dargestellt, der zur Verbesserung der Zwischenstufenströmung beiträgt. Die Ausbildung eines entsprechenden Strömungskanals 14 ist im wesentlichen durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rückhalterings 1 möglich, der weniger als ein Drittel, im vorliegenden Fall etwa ein Achtel der Schaufelfußhöhe überdeckt. Hierdurch ist die Austrittsöffnung 16 des Strömungskanals 14 frei, so daß Kühlluft aus dem Strömungskanal 14 ungehindert in den der Rotorscheibe 2 nachfolgenden Scheibenzwischenraum eintreten kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform sind Rückhalte- und Dichtungsfunktion voneinander entkoppelt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Dichtungsfunktion zur Vermeidung von Leckströmungen von einer Schaufel/Scheibe Dichtfläche 15 wahrgenommen. Die Schaufel/Scheibe Dichtfläche 15 ist dabei als Paßfläche zwischen der Unterseite 26 der Schaufelplattform und der Oberseite der zwischen den Schaufelfußaufnahmen 12 angeordneten Scheibenpfosten 25 gebildet.
  • Der geschlossene, umlaufende weist an seinem Innenumfang nach innen hervorstehende Abschnitte 20 auf, die in an der Rotorscheibe 2 hervorstehende Klauen 21 eingreifen. Die Klauen 21 sind zum einen aus einer senkrecht von der Turbinenscheibe 2 hervorstehenden, dabei jedoch in Umfangsrichtung unterbrochenen (vgl. hierzu Fig. 3) Schiene 6 und zum anderen aus einem parallel zur Tubinenscheibe 2 angeordneten (selbstverständlich ebenfalls nicht umlaufenden - vgl. wiederrum Fig.3) Anschlag 9 gebildet und sind somit in regelmäßigen Abständen am Umfang der Rotorscheibe 2 angeordnet. Die Rotorscheibe 2 weist dabei unterhalb der Schaufelfußaufnahme 12 eine umlaufende Vertiefung 23 (in Axialrichtung betrachtet) auf, die an ihrem unteren Ende als (dabei jedoch unterbrochene) Schiene 6 fortgesetzt ist. An ihrem oberen Ende weist die Vertiefung 23 eine bearbeitete Führungsfläche 27 auf, die mit einem Absatz 22 des Rückhalterings 1 korrespondiert. Die in Radialrichtung nach innen hervorstehenden Abschnitte 20 und die Klauen 21 wirken dabei quasi wie ein Bajonettverschluß zusammen.
  • Der Rückhaltering 1 ist im Detail in Figur 2 dargestellt. Im Bereich des Außenumfangs weist der Rückhaltering 1 den bereits oben erwähnten stufenförmigen Absatz 22 auf. Dieser bildet mit der bearbeiteten Fläche 27 der Vertiefung 23 eine Führung für den Rückhaltering 1 und ermöglicht dadurch das genaue Einführen von am Au-ßenumfang des Rückhalterings 1 angeordneten erhabenen Abschnitten 17 in eine Nut bzw. Rückhalterille 5 einer hervorstehenden Haltenase 18 der Schaufel 4. Ferner zeigt Figur 2 eine Arretierungseinrichtung 8 zum Festlegen des Rückhalterings 1 in Umfangsrichtung. Die Arrtetierungseinrichtung 8 ist dabei durch einen im wesentlichen quaderförmigen Block gebildet, der in die am Innenumfang des Rückhalterings 1 zwischen den hervorstehenden Abschnitten 20 gebildeten Aussparungen einschiebbar ist. Die Arretiereinrichtung 8 ist gegen Verschiebung in axialer Richtung durch Sicherungsdrähte 10 gesichert, die jeweils durch Bohrungen 24 an den beiden Enden der Arretiereinrichtung 8 hindurchgeführt sind, wie der perspektivischen Ansicht in Figur 6 entnommen werden kann. Der prinzipielle Aufbau des Rückhalterings 1 wird durch die ausschnittsweise Ansicht in Figur 3 deutlicher.
  • Bei der Montage wird der Rückhaltering 1 zunächst, wie in Figur 3 perspektivisch dargestellt, an die Rotorscheibe 2 angelegt. Dabei liegen die vom Rückhaltering 1 radial nach innen hervorstehenden Abschnitte 20 jeweils zwischen zwei Klauen 21 der Rotorscheibe 2. Die am Außenumfang der Rotorscheibe 2 gebildeten Schaufelfußaufnahmen 12 weisen dabei eine tannenbaumartige Verzahnung 13 auf.
  • Nun wird der Rückhaltering 1 in Umfangsrichtung, wie in Figur 4 gezeigt, derart verschoben, daß die Schaufelfußaufnahmen 12 völlig freigegeben sind. Dabei schieben sich die am Innenumfang des Rückhalterings 1 radial nach innen hervorstehenden Abschnitte 20 teilweise in die Klauen 21 an der Rotorscheibe 2. Anschließend wird die Schaufel 4 in die Schaufelfußaufnahme 12 eingeschoben, wie beispielhaft für eine Schaufel in Figur 5 gezeigt. Dabei weist die Schaufel 4 im Bereich des Schaufelfußes 3 eine Haltenase 18 mit der in Figur 1 und 2 dargestellten Rückhalterille 5 auf. Durch weiteres Verdrehen in Umfangsrichtung werden die am Außenumfang des Rückhalterings 1 angeordneten erhabenen Abschnitte 17 in die korrespondierenden Rückhalterillen 5 eingeführt. Hierdurch werden die Schaufeln 4 in den Schaufelfußaufnahmen 12 axial fixiert. Im übrigen ist an der Haltenase 18 auch die in Fig.1 dargestellte Austrittsöffnung 16 des Strömungskanals vorgesehen bzw. gezeigt.
  • Nach Einbringen der Arretierung 8 und Sicherung derselben durch Sicherungsdrähte 10 ist die Schaufel 4 gesichert und betriebsfertig mit der Rotorscheibe 2 verbunden, wie beispielhaft anhand einer Schaufel in Figur 6 dargestellt.
  • Figuren 7 und 8 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei sind gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform sind die am Außenumfang des Rückhalterings 1 angeordneten erhabenen Abschnitte 17 sägezahnartig ausgebildet. Die sägezahnartigen erhabenen Abschnitte 17 lassen sich seitlich in dafür vorgesehene Aussparungen 28 am Schaufelfuß 3 einführen, wie schematisch in Figur 7 angedeutet. In Figur 7 sind ferner die Schaufel/Scheibe Dichtflächen 15 zu erkennen, welche die Funktion der Berührungsdichtung 91 des beim in Figur 9 gezeigten Standes der Technik übemehmen.
  • Figur 8 zeigt eine Ansicht des mit sägezahnartigen erhabenen Abschnitten 17 versehenen Rückhalterings 1. Die Montage des Rückhalterings 1 erfolgt dabei in analoger Weise wie zu Figuren 1 bis 6 beschrieben. Dabei liegen die vom Rückhaltering 1 radial nach innen hervorstehenden Abschnitte 20 jeweils zwischen zwei Klauen 21 der Rotorscheibe 2. Die am Außenumfang der Rotorscheibe 2 gebildeten Schaufelfußaufnahmen 12 weisen dabei eine tannenbaumartige Verzahnung 13 auf. Nach Einschub der nicht gezeigten Rotorschaufeln in die Schaufelfußaufnahmen 12 wird der Rückhaltering 1 in ähnlicher Weise wie ein Bajonettverschluß in den Klauen 21 in axialer Richtung verriegelt. Danach wird eine Arretiervorrichtung (nicht gezeigt) in die Aussparungen zwischen den nach innen hervorstehenden Abschnitten 20 zum Feststellen des Rückhalterings 1 eingeführt.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Rückhaltering
    2
    Rotorscheibe
    3
    Schaufelfuß
    4
    Schaufel
    5
    Rückhalterille
    6
    Schiene
    7
    Aussparung
    8
    Arretiereinrichtung
    9
    Anschlag
    10
    Sicherungsdraht
    12
    Schaufelfußaufnahme
    13
    Verzahnung
    14
    Strömungskanal
    15
    Schaufel/Scheibe Dichtfläche
    16
    Austrittsöffnung Strömungskanal
    17
    Erhabener Abschnitt
    18
    Haltenase
    19
    Verriegelungseinrichtung
    20
    radial nach innen hervorstehender Abschnitt
    21
    Klaue
    22
    Absatz
    23
    Vertiefung
    24
    Bohrung
    25
    Scheibenpfosten
    26
    Unterseite Schaufelplattform
    27
    Führungsfläche
    28
    seitliche Aussparung
    90
    Halte- und Dichtungsring
    91
    Schaufelfuß
    92
    Berührungsdichtung
    93
    Rotor
    94
    Schaufel
    95
    Labyrinthdichtung

Claims (7)

  1. Rückhaltevorrichtung für Rotorschaufeln einer Axialturbomaschine, die an einer Rotorscheibe (2) Schaufelfußaufnahmen (12) zur Aufnahme von Rotorschaufeln (4) aufweist, welche diese in radialer Richtung fixieren, die weiterhin einen geschlossenen, umlaufenden Rückhaltering (1) zur axialen Fixierung der Rotorschaufeln (4) in den Schaufelfußaufnahmen (12) und eine Verriegelungseinrichtung (19) zum Festlegen des Rückhalterings (1) in axialer Richtung aufweist, wobei der Rückhaltering (1) an seinem Außenumfang mit Abschnitten der Schaufelfußaufnahmen korrespondierende Aussparungen (7) und erhabene Abschnitte (17) aufweist, und die Verriegelungseinrichtung (19) durch am Rückhaltering (1) nach innen hervorstehende Abschnitte (20) und damit korrespondierende in axialer Richtung von der Rotorscheibe (2) hervorstehenden Klauen (21) gebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltering (1) jeweils weniger als ein Drittel der Höhe des Schaufelfußes (3) überdeckt, und dass eine Arretiereinrichtung (8) zum Festlegen des Rückhalterings (1) in Umfangsrichtung vorgesehen ist.
  2. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabenen Abschnitte (17) am Außenumfang des Rückhalterings (1) trapezförmig mit abschnittsweise bogenförmigen Flanken ausgebildet sind.
  3. Rückhaltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Drittel des Schaufelfußes (3) in axialer Richtung eine Haltenase (18) hervorsteht, die in Umfangsrichtung eine Rückhalterille (5) zur Aufnahme der erhabenen Abschnitte (17) des Außenumfangs des Rückhalterings (1) aufweist.
  4. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erhabenen Abschnitte (17) am Außenumfang sägezahnartig ausgebildet sind.
  5. Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß (3) im unteren Drittel mit den sägezahnförmigen Abschnitten des Rückhalterings (1) korrespondierende Aussparungen (7) aufweist.
  6. Rückhaltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der am Umfang der Rotorscheibe (2) zwischen den Schaufelfußaufnahmen (12) hervorstehenden Scheibenpfosten (25) und der Unterseite der Schaufelplattformen (26) jeweils eine Dichtfläche (15) vorgesehen ist.
  7. Rückhaltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelfußaufnahme (12) eine Verzahnung aufweist.
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