EP1457642B1 - Vorrichtung zur Schaufelbefestigung an einem Rotor - Google Patents

Vorrichtung zur Schaufelbefestigung an einem Rotor Download PDF

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EP1457642B1
EP1457642B1 EP04100742A EP04100742A EP1457642B1 EP 1457642 B1 EP1457642 B1 EP 1457642B1 EP 04100742 A EP04100742 A EP 04100742A EP 04100742 A EP04100742 A EP 04100742A EP 1457642 B1 EP1457642 B1 EP 1457642B1
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EP
European Patent Office
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rotor
wedge
end piece
halves
installed state
Prior art date
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EP04100742A
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EP1457642A3 (de
EP1457642A2 (de
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René Bachofner
Petra Fabijan
Wolfgang Kappis
Michael Müller
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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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
    • F01D5/323—Locking of axial insertion type blades by means of a key or the like parallel to the axis of the rotor
    • 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
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of power plant technology. It relates to a rotor end for rotors of thermal turbomachinery according to the preamble of claim 1.
  • Thermal turbomachines such as turbines and compressors, consist essentially of a rotor-equipped rotor and a stator in which vanes are suspended.
  • the fixed guide vanes have the task of directing the flow of the gas to be compressed or to be relaxed to the rotating blade blading so that the energy conversion takes place with the best possible efficiency.
  • Both blades and vanes essentially comprise an airfoil and a blade root.
  • grooved in the stator and on the rotor shaft In these grooves, the feet of the blades are inserted and locked there.
  • a disadvantage of this prior art is that the wedge is due to the tilting moment of the two end halves, which is caused by the centrifugal force during operation, able to Anlagenbiegen the caulked lobes.
  • the wedge can thus fly out of the compressor and it can lead to a complete compressor damage.
  • the aim of the invention is to avoid the mentioned disadvantages of the prior art.
  • the invention is based on the object to develop a rotor-closing, which exerts no axial forces on the rotor, so that thereby an occurrence of axial forces caused by disturbing rotor vibrations is avoided.
  • this object is achieved in a rotor-end for rotors of thermal turbomachinery according to the preamble of claim 1, characterized in that the rotor-end is fixed in the axial direction of the two adjacent blades. Each of the two end halves of the rotor-end is fixed in the axial direction of the rotor, each with a connecting element on the two adjacent blades.
  • the connecting element may be formed straight or positive. If the end halves and adjacent blades form a positive assembly, this has the additional advantage that the adjacent blades do not pass through them from the tail end acting forces are screwed into the rotor, so that they do not jam in their thermal expansion.
  • the wedge has at its upper end two tabs which are separated from one another by a longitudinal slot and which are spread open when installed and in that the side surfaces of the end halves each have a recess in the upper region which, when installed, forms an approximately heart-shaped cavity, wherein the walls of this cavity are covered by the spread tabs of the wedge and the wedge is thereby firmly anchored in the end halves.
  • Spreading the wedge into the heart shape of the two end halves prevents the wedge from detaching from its anchorage during operation.
  • Fig. 1 shows a section through one of the Applicant known Rotor-End 1 after installation in a rotor. 2
  • the in Fig. 1 illustrated rotor end 1 consists of two end halves 4, 4 'with opposing side surfaces 5, 5' and a wedge 6, which at its upper, in the installed state of the rotor longitudinal axis end facing away from each other by a longitudinal slot 2 lobes 10, 10 ' having.
  • the side surfaces 5, 5 'of the end halves 4, 4' each have a recess in the upper region, which form a heart-shaped cavity 11 when installed, the walls of this cavity 11 of the spread tabs 10, 10 'of the caulked wedge. 6 are covered and the wedge 6 in this way form-fitting firmly anchored in the heart-shaped cavity 11.
  • the rotor end 1 or the end halves 4, 4 ' are supported on the rotor in the axial direction.
  • FIG. 2 is a plan view of a schematically illustrated inventive rotor-end 1 after installation with straight connecting elements 8, 8 ', 9, 9' shown. Not shown is the caulked wedge, which finally fills the remaining opening of the circumferential groove 3.
  • Each of the two end halves 4, 4 ' is in the axial direction of the rotor 2, each with a connecting element 8, 8', 9, 9 'on the two adjacent blades 7, 7' (also called final blades), namely at the blade roots , attached.
  • These four connecting elements 8, 8 ', 9, 9' now take the axial forces F instead of the rotor 2, which are caused by the centrifugal force and the caulked wedge. In this way, no axial forces on the rotor and disturbing rotor vibrations are avoided.
  • This form-fitting connection of the closing pieces and the adjacent blades is referred to as the closing package.
  • FIG. 4 another embodiment is shown.
  • the figure shows a final package, consisting of the two end halves 4, 4 ', the between the end halves located caulked wedge 6 and the two tail blades 7, 7 '.
  • the solution according to the invention is suitable for all blade rows in the circumferential groove. It is advantageously used whenever the rotor reacts sensitively to axial forces and thus disturbing vibrations can occur.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft einen Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
    • Stand der Technik
  • Thermische Turbomaschinen, wie Turbinen und Verdichter, bestehen im wesentlichen aus einem mit Laufschaufeln bestückten Rotor und einem Stator, in den Leitschaufeln eingehängt sind.
  • Die feststehenden Leitschaufeln haben die Aufgabe, den Strom des zu verdichtenden bzw. des zu entspannenden gasförmigen Mediums so auf die rotierende Laufbeschaufelung zu lenken, dass die Energieumwandlung mit bestmöglichem Wirkungsgrad erfolgt.
  • Sowohl Laufschaufeln und als auch Leitschaufeln weisen im wesentlichen ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuss auf. Um die Laufschaufeln auf dem Rotor bzw. die Leitschaufeln im Stator befestigen zu können, sind im Stator und auf der Rotorwelle Nuten eingestochen. In diese Nuten werden die Füsse der Schaufeln eingeschoben und dort arretiert.
  • Es ist bekannt, dass die meisten Verdichterschaufelreihen von Gasturbinenrotoren in Umfangsnuten angeordnet sind. Bei der Montage solcher Schaufelreihen muss für die letzten zu montierenden Schaufeln eine spezielle Lösung gefunden werden, da dann die verbleibende Einfüllöffnung zu klein geworden ist. Diese Restöffnung wird mit einem sogenannten Rotor-Schluss aufgefüllt wird. Der Rotor-Schluss besteht aus einem halbierten Zwischenstück (zwei Schlusshälften), und einem Keil, mit Hilfe dessen die Schlusshälften im Rotor verstemmt werden. Der Rotor-Schluss stützt sich somit in axialer Richtung am Rotor ab. Die beiden Schlusshälften weisen bei diesem bekannten Stand der Technik jeweils eine gerade ausgebildete Seitenfläche auf, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Deckfläche der Schlusshälfte einen überstehenden Lappen bildet. Die genannten Seitenflächen stehen sich im eingebauten Zustand gegenüber, wobei sich dann zwischen ihnen der Keil befindet. Nachdem die beiden Schlusshälften und der Keil eingebaut sind, werden abschliessend die Lappen der beiden Schlusshälften über den Keil verstemmt.
  • Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Keil auf Grund des Kippmomentes der beiden Schlusshälften, welches durch die Fliehkraft während des Betriebes bewirkt wird, in der Lage ist, die verstemmten Lappen aufzubiegen. Der Keil kann somit aus dem Verdichter herausfliegen und es kann zu einem kompletten Verdichterschaden kommen.
  • Zwar kann dieser Nachteil durch die als EP 12 15 367 veröffentlichte Erfindung der Anmelderin beseitigt werden, bei welcher der Keil aufgestemmt wird und die Lappen des aufgestemmten Keiles in einem von den Seitenflächen der beiden Schlussstücke gebildeten herzförmigen Hohlraum verankert werden.
  • Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht aber darin, dass die Schlussstücke einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles Axialkräfte auf den Rotor ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte den Rotor verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.
    • Darstellung der Erfindung
  • Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rotor-Schluss zu entwickeln, welcher keine Axialkräfte auf den Rotor ausübt, so dass dadurch ein Auftreten von durch Axialkräften hervorgerufenen störenden Rotorvibrationen vermieden wird.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass der Rotor-Schluss in axialer Richtung an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt ist. Jede der beiden Schlusshälften des Rotor-Schlusses ist in axialer Richtung des Rotors mit je einem Verbindungselement an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass nunmehr die beiden Schaufeln, und nicht wie beim bekannten Stand der Technik der Rotor, die durch die Fliehkraft und den aufgestemmten Keil verursachten Axialkräfte aufnehmen. Dadurch werden vorteilhaft störende Schwingungen vermieden.
  • Das Verbindungselement kann gerade oder formschlüssig ausgebildet sein. Wenn die Schlusshälften und die benachbarten Laufschaufeln eine formschlüssige Baugruppe bilden, so hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass die benachbarten Schaufeln nicht durch die vom Schlussstück auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor hineingedreht werden, so dass sie sich bei ihrer thermischen Dehnung nicht verklemmen.
  • Es ist zweckmässig, wenn der Keil an seinem oberen Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen der Schlusshälften im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes von den aufgespreizten Lappen des Keiles bedeckt sind und der Keil dadurch in den Schlusshälften fest verankert ist. Durch das Aufspreizen des Keiles in die Herzform der beiden Schlusshälften wird vermieden, dass sich der Keil während des Betriebes aus seiner Verankerung lösen kann.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss nach Einbau in einen Verdichterrotor;
    Fig. 2
    eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit geradem Verbindungselement nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil);
    Fig. 3
    eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit formschlüssigem Verbindungselement nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil) und
    Fig. 4
    eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit Keil mit geradem Verbindungdelement nach Einbau in einen Verdichterrotor.
  • In den Figuren sind jeweils gleiche Positionen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wirkungsrichtung der Axialkraft ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss 1 nach dem erfolgten Einbau in einen Rotor 2.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Rotor-Schluss 1 besteht aus zwei Schlusshälften 4, 4' mit sich gegenüberstehenden Seitenflächen 5, 5' und aus einem Keil 6, welcher an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotorlängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen 10, 10' aufweist. Die Seitenflächen 5, 5' der Schlusshälften 4, 4' weisen im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung auf, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum 11 bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes 11 von den aufgespreizten Lappen 10, 10' des verstemmten Keiles 6 bedeckt sind und den Keil 6 auf diese Weise formschlüssig fest in dem herzförmigen Hohlraum 11 verankern. Bei dieser der Anmelderin bekannten Ausführungsform stützt sich der Rotor-Schluss 1 bzw. die Schlusshälften 4, 4' in axialer Richtung am Rotor ab.
  • Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht darin, dass die Schlussstücke 4, 4' einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles 6 Axialkräfte F auf den Rotor 2 ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte F den Rotor 2 verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.
  • Es wird daher eine technische Lösung (siehe Fig. 2 bis 4) vorgeschlagen, bei welcher der Rotor-Schluss sich in axialer Richtung nicht mehr am Rotor abstützt, sondern an den beiden benachbarten Schlussschaufeln, und zwar an den Schaufelfüssen.
  • In Fig. 2 ist eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses 1 nach dem Einbau mit geraden Verbindungselementen 8, 8', 9, 9' dargestellt. Nicht dargestellt ist der verstemmte Keil, welcher zum Abschluss die Restöffnung der Umfangsnut 3 füllt. Jede der beiden Schlusshälften 4, 4' ist in axialer Richtung des Rotors 2 mit je einem Verbindungselement 8, 8', 9, 9' an den beiden benachbarten Laufschaufeln 7, 7' (auch Schluss-Schaufeln genannt), und zwar an den Schaufelfüssen, befestigt. Diese vier Verbindungselemente 8, 8', 9, 9' nehmen nun anstelle des Rotors 2 die Axialkräfte F auf, welche durch die Fliehkraft und den verstemmten Keil hervorgerufen werden. Auf diese Weise wirken keine axialen Kräfte mehr auf den Rotor und störende Rotorvibrationen werden vermieden.
  • Da bei den in Fig. 2 dargestellten geraden Verbindungselementen 8, 8', 9, 9' jedoch das Risiko besteht, dass die benachbarten Schaufeln 7, 7' durch die von den Schlusshälften 4, 4' auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor 2 hineingedreht werden und sich bei ihrer thermischen Dehnung verklemmen, ist es besser, die Verbindungselemente 8, 8', 9, 9' so auszubilden, dass die Schlusshälften 4, 4' und die Schaufeln 7, 7' eine formschlüssige Baugruppe bilden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Formschluss wird hier durch eine schwalbenschwanzartige Verbinduing erreicht
  • Dieser formschlüssige Verbund der Schluss-Stücke und der benachbarten Schaufeln wird als Schluss-Paket bezeichnet.
  • In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt ein Schluss-Paket, bestehend aus den beiden Schlusshälften 4, 4', den sich zwischen den Schlusshälften befindenden verstemmten Keil 6 und den beiden Schluss-Schaufeln 7, 7'.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Die erfindungsgemässe Lösung eignet sich für alle Schaufelreihen in Umfangsnut. Sie kommt vorteilhaft immer dann zum Einsatz, wenn der Rotor empfindlich auf Axialkräfte reagiert und dadurch störende Schwingungen entstehen können.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rotor-Schluss
    2
    Rotor
    3
    Umfangsnut
    4, 4'
    Schlusshälfte
    5, 5'
    Seitenfläche der Schlusshälfte
    6
    Keil
    7, 7'
    Laufschaufel
    8, 8'
    Verbindungselement
    9, 9'
    Verbindungselement
    10, 10'
    Lappen des Keiles
    11
    herzförmiger Hohlraum
    F
    Axialkraft

Claims (4)

  1. Rotor-Schluss (1) für Rotoren (2) thermischer Turbomaschinen mit Umfangsnut (3), bestehend aus zwei Schlusshälften (4, 4') mit sich im eingebauten Zustand gegenüberstehenden Seitenflächen (5, 5') und einem dazwischen eingeschobenen Keil (6), welcher im eingebauten Zustand formschlüssig in den Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') verankert ist, wobei der Rotor-Schluss (1) in axialer Richtung des Rotors (2) zwischen zwei Laufschaufeln (7, 7') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schlusshälften (4, 4') in axialer Richtung des Rotors mit je einem Verbindungselement (8, 8', 9, 9') an den beiden benachbarten Laufschaufeln (7, 7') befestigt ist.
  2. Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8, 8', 9', 9') gerade ist.
  3. Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8, 8', 9, 9') formschlüssig ist.
  4. Rotor-Schluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (6) an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotorlängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen (10, 10') aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum (11) bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes (11) von den aufgespreizten Lappen (10, 10') des Keiles (6) bedeckt sind und der Keil (6) dadurch in den Schlusshälften (4, 4') fest verankert ist.
EP04100742A 2003-03-11 2004-02-25 Vorrichtung zur Schaufelbefestigung an einem Rotor Expired - Lifetime EP1457642B1 (de)

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EP1457642A2 EP1457642A2 (de) 2004-09-15
EP1457642A3 EP1457642A3 (de) 2006-07-26
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