EP1350924B1 - Statorschaufelsegmentbefestigung für eine Gasturbine - Google Patents

Statorschaufelsegmentbefestigung für eine Gasturbine Download PDF

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EP1350924B1 EP03003358A EP03003358A EP1350924B1 EP 1350924 B1 EP1350924 B1 EP 1350924B1 EP 03003358 A EP03003358 A EP 03003358A EP 03003358 A EP03003358 A EP 03003358A EP 1350924 B1 EP1350924 B1 EP 1350924B1
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stator vane
housing
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    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F05B2260/301—Retaining bolts or nuts
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins

Definitions

  • the invention relates to a Statorschaufelsegmentbefest only for a gas turbine with a housing to which a plurality Statorschaufelsegmente are mounted.
  • Stator blades of gas turbines are usually formed as segment-like components which are inserted into a housing or attached to a housing. Constructions of the type mentioned, for example, US 6,296,443 B1.
  • stator blade segments (Vane Spans) inserted into a housing or fastened to a housing must be mounted in such a way that they are fixed on the one hand in the axial direction of the aircraft gas turbine and on the other hand in the circumferential direction of the housing.
  • they have, for example, as mentioned in the above-mentioned US patent, feet or grooves, which are correspondingly positively connected to the housing.
  • DE 21 65 529 describes a device for centering and fixing a guide ring in the housing of a turbomachine.
  • an axial end face of the guide ring is pressed by acting on an inclined plane screws against a circumferential axial stop surface on the housing.
  • the invention has for its object to provide a Statorschaufelsegmentbefestist for a gas turbine, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and cost manufacturability and enables a reliable attachment of the stator blade segments.
  • the object is achieved by the feature combination of the main claim, the subclaims show further advantageous embodiments of the invention.
  • the Statorschaufelsegmentbefest only invention is characterized by a number of significant advantages.
  • the principle underlying the invention is to clamp the Statorschaufelsegmente against the housing. These are thereby slightly deformed. In the same way, the housing can be subjected to a corresponding deformation. This deliberately induced elastic deformation eliminates tolerances or play of the fasteners. Unwanted vibrations or the like are thus completely prevented or at least greatly suppressed. Furthermore, it can be achieved by the embodiment according to the invention that the respective free ends of the stator blade segments firmly against the housing and thus do not come loose from the housing.
  • the means for clamping the stator blade segment preferably comprise an actuating element, which may be formed in a favorable embodiment of the invention in the form of a screw.
  • This screw can be performed for example in a threaded recess of the housing. It is then designed, for example, as a lag screw. Alternatively, it is also possible to use pressure screws or provide other biasing means.
  • the radius of the housing in the region of the stator vane segments is smaller than the radius of the respective stator vane segment. This ensures that the free end portions of the Statorschaufelsegmente bear against the housing and can be clamped accordingly.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a stator blade segment, as is known per se from the prior art.
  • This comprises a plurality of stator blades, which are fastened to a circular segment-shaped outer support 6 and optionally to a circular segment-shaped inner support 7.
  • the outer support 6 and the inner support 7 may be provided with side feet or lugs or corresponding grooves to allow attachment in a housing 1 (see Fig. 3) or on an inner cover tape.
  • These embodiments are known from the prior art, so that it can be referenced.
  • Rotation of the stator blade segments 2 in the housing can be prevented by so-called vane stops.
  • the stator blade segment shown in FIG. 1 has, for example, a groove 8.
  • Fig. 2 shows a side view of the schematic operation of the invention prior to bracing.
  • a housing 1 is reproduced, while the inner circular arc represents a stator blade segment 2.
  • the reference numeral 3 refers to biasing means.
  • a tension of the stator blade segment 2 leads to the formation of a gap in its middle region, so that the free ends of the stator blade segment abut against the housing 1 or are pressed against this.
  • FIG. 2 shows that the radius of the stator blade segment 2 in the unstressed state is greater than the corresponding radius of the housing 1.
  • the biasing means 3 are formed in the form of a screw 4, which is guided in a threaded recess, not shown in detail, of the housing 1.
  • the screw is designed, for example, as a tension screw in order to deform the stator blade segment 2 in the manner described.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Statorschaufelsegmentbefestigung für eine Gasturbine mit einem Gehäuse, an welchem mehrere Statorschaufelsegmente gelagert sind.
  • Statorschaufeln von Gasturbinen werden üblicherweise als segmentartige Bauteile ausgebildet, die in ein Gehäuse eingesetzt bzw. an einem Gehäuse befestigt werden. Konstruktionen der genannten Art zeigt beispielsweise die US 6,296,443 B1.
  • Die einzelnen in ein Gehäuse eingesetzten bzw. an einem Gehäuse befestigten Statorschaufelsegmente (Vane Spans) müssen so gelagert werden, dass sie zum einen in axialer Richtung der Fluggasturbine und zum anderen in Umfangsrichtung des Gehäuses festgelegt sind. Hierzu weisen sie beispielsweise, wie in der oben genannten US-Schrift erwähnt, Füße oder Nuten auf, die entsprechend formschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sind. Beim Betrieb der Statorschaufelsegmente in Kompressoren oder Verdichtern treten zum einen hohe mechanische Belastungen auf, zum anderen können Temperaturwechsel zu Änderungen der bei der Befestigung gewählten Passungen führen. Hierbei besteht die Gefahr, dass Schwingungen oder Vibrationen auftreten, die zum einen zu unerwünschter Geräuschentwicklung führen und zum anderen die mechanische Festigkeit der Statorschaufelsegmente sowie deren Lagerung beeinträchtigen.
  • Aus der DE 826 673 ist eine Leitschaufelbefestigung bekannt, bei der Statorschaufelsegmente in radialen Führungen am Gehäuse gehalten sind und die aneinander grenzenden Enden der Segmente Keilflächen aufweisen, die durch federnd am Gehäuse gehaltene Keilflächendruckstücke zusammengepresst werden.
  • Die DE 21 65 529 beschreibt eine Einrichtung zum Zentrieren und Fixieren eines Leitkranzes im Gehäuse einer Strömungsmaschine. Dabei wird eine axiale Stirnfläche des Leitkranzes mittels auf eine schiefe Ebene wirkenden Stellschrauben gegen eine umlaufende axiale Anschlagfläche am Gehäuse gepresst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Statorschaufelsegmentbefestigung für eine Gasturbine zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und eine betriebssichere Befestigung der Statorschaufelsegmente ermöglicht.
    Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß sind somit Mittel zum Verspannen des Statorschaufelsegments gegen das Gehäuse der Gasturbine bzw. des Kompressors (Verdichters) vorgesehen.
  • Die erfindungsgemäße Statorschaufelsegmentbefestigung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
  • Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip besteht darin, die Statorschaufelsegmente gegen das Gehäuse zu verspannen. Diese werden hierdurch geringfügig verformt. In gleicher Weise kann auch das Gehäuse einer entsprechenden Verformung unterzogen werden. Durch diese bewusst hervorgerufene elastische Verformung werden Toleranzen oder Spiel der Befestigungsmittel beseitigt. Unerwünschte Vibrationen oder Ähnliches werden somit gänzlich verhindert oder zumindest stark unterdrückt. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht werden, dass die jeweiligen freien Enden der Statorschaufelsegmente fest gegen das Gehäuse anliegen und sich somit nicht von dem Gehäuse lösen.
  • In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zur Verspannung der Statorschaufelsegmente im mittleren Umfangsbereich derselben angeordnet sind. Hierdurch ergeben sich symmetrische Belastungsverhältnisse.
  • Die Mittel zum Verspannen des Statorschaufelsegments umfassen bevorzugterweise ein Stellelement, welches in günstiger Ausgestaltung der Erfindung in Form einer Schraube ausgebildet sein kann. Diese Schraube kann beispielsweise in einer Gewindeausnehmung des Gehäuses geführt werden. Sie ist dann beispielsweise als Zugschraube ausgestaltet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, Druckschrauben zu verwenden oder sonstige Vorspannmittel vorzusehen.
  • Um den Vorspanneffekt zu erhöhen, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Radius des Gehäuses im Bereich der Statorschaufelsegmente kleiner ist, als der Radius des jeweiligen Statorschaufelsegments. Hierdurch wird erreicht, dass die freien Endbereiche der Statorschaufelsegmente gegen das Gehäuse anliegen und entsprechend verspannt werden können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltungsform eines Statorschaufelsegments gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 2
    eine schematische Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Wirkungsweise, und
    Fig. 3
    eine Teil-Seitenansicht eines Gehäusebereichs sowie eines Statorschaufelsegments mit erfindungsgemäßen Mitteln zur Verspannung des Statorschaufelsegments.
  • Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Statorschaufelsegment, so wie dies per se aus dem Stand der Technik vorbekannt ist. Dieses umfasst mehrere Statorschaufeln, die an einem kreissegmentförmigen äußeren Träger 6 und optional an einem kreissegmentförmigen inneren Träger 7 befestigt sind. Der äußere Träger 6 und der innere Träger 7 können mit seitlichen Füßen oder Ansätzen oder mit entsprechenden Nuten versehen sein, um die Befestigung in einem Gehäuse 1 (siehe Fig. 3) oder an einem Innendeckband zu ermöglichen. Diese Ausgestaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf diesen verwiesen werden kann. Eine Drehung der Statorschaufelsegmente 2 in dem Gehäuse kann durch sogenannte Vane Stops verhindert werden. Hierzu weist das in Fig. 1 gezeigte Statorschaufelsegment beispielsweise eine Nut 8 auf.
  • Die Fig. 2 zeigt in der Seitenansicht die schematische Wirkungsweise der Erfindung vor dem Verspannen. Mit dem äußeren Kreisbogen ist ein Gehäuse 1 wiedergegeben, während der innere Kreisbogen ein Statorschaufelsegment 2 wiedergibt. Das Bezugszeichen 3 bezieht sich auf Vorspannmittel. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, führt eine Verspannung des Statorschaufelsegments 2 zur Bildung eines Zwischenraums in dessen mittlerem Bereich, so dass die freien Enden des Statorschaufelsegments gegen das Gehäuse 1 anliegen bzw. an dieses angedrückt werden.
  • Beim Verspannen wird dieser Zwischenraum verkleinert und die Radien gleichen sich durch Verformung an.
  • Die Fig. 2 zeigt, dass der Radius des Statorschaufelsegments 2 im unverspannten Zustand größer ist, als der entsprechende Radius des Gehäuses 1.
  • Die Fig. 3 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht im unverspannten Zustand, bei welcher ersichtlich ist, dass die Vorspannmittel 3 in Form einer Schraube 4 ausgebildet sind, die in einer im Einzelnen nicht gezeigten Gewindeausnehmung des Gehäuses 1 geführt ist. Die Schraube ist beispielsweise als Zugschraube ausgebildet, um das Statorschaufelsegment 2 in der beschriebenen Weise zu deformieren.
  • Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Ansprüche vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuse
    2
    Statorschaufelsegment
    3
    Vorspannmittel
    4
    Schraube
    5
    Statorschaufel
    6
    äußerer Träger
    7
    innerer Träger
    8
    Nut

Claims (5)

  1. Statorschaufelsegmentbefestigung für eine Gasturbine, mit mehreren in einem Gehäuse (1) gelagerten Statorschaufelsegmenten (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Statorschaufelsegmente (2) jeweils mit Hilfe eines Vorspannmittels (3) durch elastische Verformung des Statorschaufelsegmentes (2) und/oder des Gehäuses (1) unter Vorspannung am Gehäuse 1 verspannt befestigt sind, wobei im unverformten Zustand der Radius des Gehäuses (1) im Bereich der Statorschaufelsegmente (2) kleiner als der des jeweiligen Statorschaufelsegments (2) ist.
  2. Statorschaufelsegmentbefestigung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Vorspannmittel (3) im mittleren Umfangsbereich des Statorschaufelsegments (2) angeordnet ist.
  3. Statorschaufelsegmentbefestigung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Vorspannmittel (3) zur Erzeugung der Vorspannung des Statorschaufelsegments (2) ein Stellelement ist.
  4. Statorschaufelsegmentbefestigung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stellelement eine Schraube (4) ist.
  5. Statorschaufelsegmentbefestigung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schraube (4) in einer Gewindeausnehmung des Gehäuses (1) geführt und als Zugschraube ausgebildet ist.
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