EP1561905A1 - Plastisch deformierbare Schicht im Verbindungsbereich einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Schaufelbefestigung - Google Patents
Plastisch deformierbare Schicht im Verbindungsbereich einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Schaufelbefestigung Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to a system for fixing a blade in the flow channel of a turbomachine with a rotatably mounted in a housing rotor shaft, wherein the blade in a connection region on the rotor shaft or is fixed to a wall of the flow channel.
- the invention further relates to a blade for the inventive system and a method for setting the Shovel and a turbo machine.
- Turbomachinery with blade arrangements for interaction with a flowing through the turbomachine Fluid flow are basically as compressors, turbines or the like.
- To a high efficiency of a to be able to reach such a machine are becoming increasingly higher physical requirements for the materials used the turbomachine and their processing provided. So are for example operating temperature and operating pressure in Flow channel to improve the efficiency regularly been increased. This makes it necessary to shovels out to produce a particularly resistant material.
- Today, for example, steels, such as high-alloyed Chromium steels, as well as ceramic materials are used.
- the rotor shaft on which the blades are fixed exists z. B. from 3.5% nickel steel.
- the connecting contour of the blade root is gradual formed, creating an over-determined system.
- other contours for example continuous large ones Surfaces, curved surfaces or the like, which in the Attachment of blades used lead to a overdetermined determination. It is therefore a special one Pay attention to the manufacturing in terms of tolerances too judge.
- columns are due to Manufacturing tolerances, which in the order of a few hundredths of a mm when the turbomachine is at a standstill can be accepted, making the optimal Power transmission is not achieved.
- the connection is designed such that the column increasingly close. However, this is for the power transmission between blade and rotor shaft or flow channel wall not optimal. Desirable would be a uniform concern all or the entire support flanks of the connection contour of Shovel.
- the present invention thus has the object based on developing a generic system in such a way that the aforementioned disadvantages in the prior art with be overcome little effort.
- connection area be deformable Layer has.
- the invention is the realization underlying, column by plastic deformation of a To be able to reduce coating of the connection area.
- the coating preferably has a small size Tangent module on.
- the danger of shearing off Materialausformungen as in the prior art consists in not essential anymore.
- the layer can by means of known Provided cost-effectively, for example, as a metal foil or the like.
- the layer can both a connection contour and on a be provided receiving contour.
- the Layer either only at the connection contour or at the receiving contour or even be provided on both.
- the Coating can be made, for example, of an aluminum polyester, a copper-nickel-indium alloy or be formed.
- Turbomachine deforms the layer so that it a homogenization causes and thus the column reduced. It can also be provided that the coating leveled due to wear. This can be the Turbomachine example, be approached several times. Thus, for example, supporting flanks of the contour for a higher Power transmission suitable because the power transmission area gets bigger and the power transmission is made uniform. This not only leads to a larger, more continuous one Power transmission, but also to one greater impulse load capacity, for example with vibrations, Pressure and / or temperature fluctuations. The reliability and the life of the turbomachine can be improved become.
- the deformable layer by a Coating a connection contour of the blade and / or a contours receiving the contour of the Rotor shaft or the wall of the flow channel is formed.
- the layer can be integral with the Connection contour can be provided.
- Coating process for example PVD, CVD or the like, can be a very uniform, for a montage good, low cost coating can be achieved.
- the coating can both on the connecting contour of the Shovel as well as on the receiving contour of the rotor shaft or the flow channel wall may be provided.
- contour be complete is coated.
- a particularly cost-effective production can be achieved because effort to limit the Coating can be avoided on predetermined areas.
- the Coating a smaller modulus of elasticity than that Has material of the blade root.
- modulus of elasticity the common in the field of mechanical engineering is technical Definition understood, as well as Dubbel, paperback for Mechanical Engineering, 19th edition on page C4, right column describes.
- a Tangent modulus of the coating smaller than that of the Material of the blade root is, wherein the tangent module the mathematical derivation of the stress-strain curve represents.
- the bucket can be made of one ceramic material, which for the high physical stresses in the flow channel suitable is, whereas the coating, for example, from a Metal may be formed, for example iron or Alloys thereof.
- the ceramic material has for example, an E modulus in the range of 30 to 450 GPa, whereas the coating with its modulus of elasticity in the range of 5 to 20 GPa.
- the coating can be achieved that by appropriate force the coating their initial position changed so that the column reduced or even avoided.
- the coating is plastically deformable. So already at the joining a Deformation of the coating carried out such that the Gap formation is at least partially avoided. Furthermore, can the coating also during operation of the Turbomachine deformed to column, which is only during operation of the turbomachine, too backfill.
- the coating during assembly is solidifiable by deformation.
- a permanently good one Power transmission can be achieved.
- Column during the Operation closed by deformation of the coating may also be outside of its intended use stay closed.
- the resistance of the Coating with increasing deformation too. It can, however also be provided, the coating thermally or chemically solidify. Another improvement of Properties with alternating stress or Impulse stress can be achieved.
- the contour be stepped is trained.
- the contour can be used for a Power transmission from the blade root adapted to the opening be by the contour of the blade root with his Extending into the opening one or more recesses having.
- the stress due to the power transmission can more uniform. A higher load capacity and a higher reliability can be achieved.
- the invention further provides a blade for a Inventive system with a connection contour having proposed blade root, wherein the Connection contour is provided with a coating.
- the coating on the Shovel foot and not provided in the opening. So can be avoided that the opening when replacing a Shovel as part of a maintenance with a new coating must be provided. In comparison, that appears Applying the coating on the blade foot the lower Effort represent, as the shovel in the industrial Production process with relatively little effort with the coating can be provided.
- the opening be provided with a coating again, in this case, however, especially for large Turbomachines, such as gas turbines, steam turbines or The like, the corresponding facilities for mobile Turbomachine are to create and the scope in the turbomachine for the use of the devices is to be exposed.
- a Shovel coating residues from the opening with appropriate To remove funds. This can be done both by mechanical abrasion as well as chemical or physical treatment done.
- the inventive Shovel is also suitable for reworking, for example, the foot area of a disassembled Freed blade of coating residues and then with a new coating is provided.
- the Coating over the entire extent of the Connection contour is provided.
- a particularly simple one Production of the coating and design of the Manufacturing process can be achieved because the entire Connection region of the coating is subjected. effort for manufacturing as well as costs can be reduced.
- the invention further provides a method for setting a blade in the flow channel of a turbomachine proposed, wherein a connecting contour of a Blade foot of the blade and / or a receiving contour an opening in a wall of the flow channel or in the Flow channel rotatably mounted rotor shaft with a Be provided coating and the blade root in the Opening is inserted. It can be achieved that the Connection contour of a higher stress withstands, because Column in the connection contour can be reduced. this leads to to a larger power transmission area and to Equalization of the force over the extension of the Contour. Quality and reliability of the connection can increase. In addition, that is suitable inventive method also for retrofitting already existing turbomachinery.
- So can for example, as part of a maintenance in an existing Turbomachine a blade with an inventive Be provided coating on the connection contour.
- a higher reliability can be achieved.
- a reliable safe Power transmission can be achieved.
- Voltage peaks in the Connection contour as well as in the blade can be reduced become.
- it can be achieved that leaks can be reduced due to gap formation.
- longitudinal grooves can be a significant improvement a sealing effect can be achieved.
- the coating be through an operation of the turbomachine is formed. So can can be achieved that the coating through the operation is formed so that gaps, which only during the train as intended operation of the turbomachine or change, be reduced by the coating.
- the coating is solidified.
- the coating for example Contain additives by volatilization or also by chemical reaction or the action of heat cause the coating to solidify. So can for example, be provided that the coating itself during normal operation of the turbomachine solidifies and thus permanently the gap formation during a intended operation of the turbomachine reduced.
- the invention further provides a turbomachine, such as a Steam engine, a gas turbine or the like, with an in a flow channel of a housing rotatably mounted Rotor shaft having blades, and with im Flow channel rotatably arranged vanes proposed, wherein a system according to the invention provided is.
- a turbomachine such as a Steam engine, a gas turbine or the like
- the turbomachine can thus higher demands withstand, as the power transmission of the blades on the corresponding component to which they are fixed, improved can be.
- a higher performance of the Turbomachine can be achieved.
- turbo machine for a discontinuous operation more robust, because, as stated above, may be the action of changing stresses and / or Impulse stresses are significantly improved.
- a blade after the according to the invention can for example, a turbomachine also subsequently with the be equipped system according to the invention. Another Improving the reliability of the turbomachine can be achieved. For example, maintenance intervals be increased, resulting in operating costs as well Can reduce downtime.
- the rotor shaft 1 has an opening 6, which with a stepped receiving contour 5 is provided.
- the Blade 2 has a blade root 8 in its lower region on, which is provided with a connecting contour 3.
- the Connection contour 3 is complementary to the receiving contour 5 formed. Through the connection contour 3 and the receiving contour 5 is an over-determination such that due to manufacturing tolerances not every bearing flank 9 is applied to a supporting flank 10 for transmitting power, but partly as a function of manufacturing tolerances Column would be formed.
- the tangent module of Coating 7 is about 10 GPa, whereas the Blade root 8 has a tangent modulus of about 210 GPa.
- the coating 7 thus has a smaller tangent module as the material of the blade root 8.
- the coating 7 is chosen such that it is plastically deformable. Consequently can each associated pair of support flanks 9, 10 for Contribute to the transfer of forces.
- the blade root 8 with provided the stepped connection contour 3.
- On the rotatably mounted rotor shaft 1 is an opening 6 with a receiving contour 5 made.
- the connection contour 3 the blade 2 is in the region of the support flanks 9 with the Provided coating 7.
- the blade root 8 inserted into the opening 6 by known techniques.
- the coating 7 is formed, so that gaps between the support flanks 9, 10 are filled are.
- the proposed coating 7 leads to an increase in the load capacity of the connection of about 10% up to 30%.
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Abstract
Es wird ein System und ein Verfahren zur Festlegung einer Schaufel (2) im Strömungskanal (4) einer Strömungsmaschine mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle (1) vorgestellt, wobei die Schaufel (2) in einem Verbindungsbereich an der Rotorwelle (1) oder an einer Wand des Strömungskanal (4) festgelegt ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsbereich eine deformierbare Schicht (7) aufweist. <IMAGE>
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Festlegung
einer Schaufel im Strömungskanal einer Strömungsmaschine mit
einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle, wobei
die Schaufel in einem Verbindungsbereich an der Rotorwelle
oder an einer Wand des Strömungskanals festgelegt ist. Die
Erfindung betrifft ferner eine Schaufel für das
erfindungsgemäße System sowie ein Verfahren zum Festlegen der
Schaufel und eine Turbomaschine.
Strömungsmaschinen mit Schaufelanordnungen zur Wechselwirkung
mit einer durch die Strömungsmaschine strömenden
Fluidströmung sind grundsätzlich als Verdichter, Turbinen
oder dergleichen bekannt. Um einen hohen Wirkungsgrad einer
solchen Maschine erreichen zu können, werden zunehmend höhere
physikalische Anforderungen an die verwendeten Materialien
der Strömungsmaschine sowie deren Verarbeitung gestellt. So
sind beispielsweise Betriebstemperatur und Betriebsdruck im
Strömungskanal zur Verbesserung des Wirkungsgrads regelmäßig
erhöht worden. Dies macht es erforderlich, Schaufeln aus
einem besonders widerstandsfähigen Material herzustellen,
wozu heute sowohl Stähle, beispielsweise hochlegierte
Chromstähle, als auch keramische Werkstoffe verwendet werden.
Die Rotorwelle, an der die Laufschaufeln festgelegt sind,
besteht z. B. aus 3,5% Nickelstahl. Ein Augenmerk ist dabei
auf die Festlegung der Schaufeln im Strömungskanal zu
richten, da diese nicht nur über einen großen
Temperaturbereich, sondern auch über einen großen
Betriebsdruckbereich sicher in ihrer Position festgelegt sein
müssen. Zusätzliche Beanspruchungen entstehen im
bestimmungsgemäßen Betrieb an den auf der Rotorwelle
angeordneten Laufschaufeln, beispielsweise Zentripetalkräfte,
Vibrationen und dergleichen. Der Befestigung der Schaufeln an
der Rotorwelle bzw. an der Wand des Strömungskanals ist daher
eine besondere Aufmerksamkeit zu widmen.
Im Stand der Technik ist es bisher üblich, eine
Verbidungskontur der Schaufeln als Schaufelfuß
auszugestalten, welcher in eine entsprechend geformte
Ausnehmung an der Rotorwelle bzw. an der Wand des
Strömungskanals eingefügt wird. Hierdurch ist die Schaufel in
ihrer Position festgelegt. Die Ausnehmung kann sowohl als
Bohrung als auch als Nut, beispielsweise in Längsrichtung des
Strömungskanals oder auch umlaufend ausgebildet sein, wobei
vorzugsweise eine profilierte Kontur vorgesehen ist.
Oftmals ist die Verbindungskontur des Schaufelfußes stufig
ausgebildet, wodurch ein überbestimmtes System entsteht. Aber
auch andere Konturen, beispielsweise kontinuierliche große
Flächen, gekrümmte Flächen oder dergleichen, die bei der
Befestigung von Schaufeln verwendet werden, führen zu einer
überbestimmten Festlegung. Es ist daher ein besonderes
Augenmerk auf die Herstellung bezüglich der Toleranzen zu
richten. Im Stand der Technik werden Spalte aufgrund von
Fertigungstoleranzen, welche in einer Größenordnung von
wenigen Hunderstel-mm beim Stillstand der Strömungsmaschine
liegen können, in Kauf genommen, wodurch die optimale
Kraftübertragung jedoch nicht erreicht wird. Bei hoher Last
ist die Verbindung derart ausgelegt, dass sich die Spalte
zunehmend schließen. Dies ist jedoch für die Kraftübertragung
zwischen Schaufel und Rotorwelle oder Strömungskanalwand
nicht optimal. Wünschenswert wäre ein gleichmäßiges Anliegen
aller oder der gesamten Tragflanken der Verbindungskontur der
Schaufel.
Zur Verbesserung dieser Situation wird im Stand der Technik
vorgeschlagen, auf der Verbindungskontur an den Tragflanken
Materialausformungen vorzusehen, die sich beim ersten Betrieb
der Strömungsmaschine abflachen und damit die Spalte
reduzieren sollen. Gleichwohl werden Kavitäten gebildet, die
sich hinsichtlich ihrer Wirkung vergleichbar nachteilig wie
die Spalte verhalten. Als nachteilig erweist es sich ferner,
dass das Fügen der Verbindungskontur der Schaufel, welche die
Ausformungen trägt, in die zugehörige Öffnung durch die
Ausformungen erschwert wird, insbesondere wenn ein
vorhandenes Toleranzschema beibehalten werden soll. Darüber
hinaus besteht die Gefahr, dass beim Fügen die Ausformungen
abgeschert werden und die gewünschte Wirkung nicht erreicht
wird. Weiterhin erweist sich das Anbringen der Ausformungen
an den Tragflanken als kostenaufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, ein gattungsgemäßes System derart weiterzubilden,
dass die zuvor genannten Nachteile im Stand der Technik mit
geringem Aufwand überwunden werden.
Als Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Verbindungsbereich eine deformierbare
Schicht aufweist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, Spalte durch plastische Umformung einer
Beschichtung des Verbindungsbereichs reduzieren zu können.
Die Beschichtung weist vorzugsweise einen kleinen
Tangentenmodul auf. Die Gefahr eines Abscherens von
Materialausformungen wie beim Stand der Technik besteht im
wesentlichen nicht mehr. Die Schicht kann mittels bekannten
Herstellverfahren kostengünstig vorgesehen werden,
beispielsweise als Metallfolie oder dergleichen. Die Schicht
kann sowohl an einer Verbindungskontur als auch an einer
aufnehmenden Kontur vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die
Schicht entweder nur an der Verbindungskontur oder an der
aufnehmenden Kontur oder auch an beiden vorgesehen sein. Die
Beschichtung kann beispielsweise aus einem Aluminium-Polyester,
einer Kupfer-Nickel-Indium-Legierung oder
dergleichen gebildet sein. Während eines Betriebs der
Strömungsmaschine verformt sich die Schicht derart, dass sie
eine Vergleichmäßigung bewirkt und somit die Spalte
reduziert. Es kann auch vorgesehen sein, daß die Beschichtung
aufgrund von Abnutzung eingeebnet wird. Dazu kann die
Strömungsmaschine beispielsweise mehrmals angefahren werden.
So sind beispielsweise Tragflanken der Kontur für eine höhere
Kraftübertragung geeignet, da die Kraftübertragungsfläche
größer wird und die Kraftübertragung vergleichmäßigt wird.
Dies führt nicht nur zu einer größeren kontinuierlicheren
Kraftübertragung, sondern darüber hinaus auch zu einer
größeren Impulsbelastbarkeit, beispielsweise bei Vibrationen,
Druck- und/oder Temperaturschwankungen. Die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer der Strömungsmaschine können verbessert
werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass die deformierbare Schicht durch eine
Beschichtung einer Verbindungskontur der Schaufel und/oder
einer die Verbindungskontur aufnehmenden Kontur der
Rotorwelle oder der Wand des Strömungskanals gebildet ist.
Auf diese Weise kann die Schicht einstückig mit der
Verbindungskontur vorgesehen sein. Mittels bekannter
Beschichtungsverfahren, beispielsweise PVD, CVD oder
dergleichen, kann eine sehr gleichmäßige, für eine Montage
gut geeignete, kostengünstige Beschichtung erreicht werden.
Die Beschichtung kann sowohl an der Verbindungskontur der
Schaufel als auch an der aufnehmenden Kontur der Rotorwelle
oder der Strömungskanalwand vorgesehen sein.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Kontur vollständig
beschichtet ist. Eine besonders kostengünstige Herstellung
kann erreicht werden, weil Aufwand zur Begrenzung der
Beschichtung auf vorbestimmte Bereiche vermieden werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die
Beschichtung einen kleineren Elastizitätsmodul als der
Werkstoff des Schaufelfußes aufweist. Unter Elastizitätsmodul
wird hier die im Bereich des Maschinenbaus gängige technische
Definition verstanden, wie sie auch Dubbel, Taschenbuch für
den Maschinenbau, 19. Auflage auf Seite C4, rechte Spalte
beschreibt. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß ein
Tangentenmodul der Beschichtung kleiner als der des
Werkstoffs des Schaufelfusses ist, wobei der Tangentenmodul
die mathematische Ableitung der Spannungs-Dehnungs-Kurve
darstellt. So kann die Schaufel beispielsweise aus einem
keramischen Werkstoff bestehen, welcher für die hohen
physikalischen Beanspruchungen im Strömungskanal geeignet
ist, wohingegen die Beschichtung beispielsweise aus einem
Metall gebildet sein kann, beispielsweise Eisen oder
Legierungen hiervon. Der keramische Werkstoff weist
beispielsweise ein E-Modul im Bereich von 30 bis 450 GPa auf,
wohingegen die Beschichtung mit ihrem E-Modul im Bereich von
5 bis 20 GPa liegt. Vorteilhaft kann erreicht werden, dass
durch entsprechende Krafteinwirkung die Beschichtung ihre
anfängliche Position derart verändert, dass die Spalte
reduziert oder sogar vermieden werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung
plastisch verformbar ist. So kann bereits beim Fügen eine
Verformung der Beschichtung derart erfolgen, dass die
Spaltbildung zumindest teilweise vermieden wird. Ferner kann
die Beschichtung auch während des Betriebs der
Strömungsmaschine verformt werden, um Spalte, die sich erst
während des Betriebs der Strömungsmaschine bilden, zu
verfüllen.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung während der Montage
durch Verformung verfestigbar ist. Eine dauerhaft gute
Kraftübertragung kann erreicht werden. Darüber hinaus kann
erreicht werden, dass der Schaufelfuß in der Öffnung mit
hoher Qualität festgelegt wird. Spalte, die während des
Betriebs durch Verformung der Beschichtung geschlossen
werden, können auch außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebs
geschlossen bleiben. Vorzugsweise nimmt der Widerstand der
Beschichtung mit zunehmender Verformung zu. Es kann jedoch
auch vorgesehen sein, die Beschichtung thermisch oder
chemisch zu verfestigen. Eine weitere Verbesserung der
Eigenschaften bei wechselnder Beanspruchung oder
Impulsbeanspruchung kann erreicht werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Kontur stufig
ausgebildet ist. So kann die Kontur beispielsweise für eine
Kraftübertragung vom Schaufelfuß auf die Öffnung angepasst
sein, indem die Kontur des Schaufelfußes mit seiner
Erstreckung in die Öffnung einen oder mehrere Rücksprünge
aufweist. Die Beanspruchung durch die Kraftübertragung kann
gleichmäßiger erfolgen. Eine höhere Belastbarkeit und eine
höhere Zuverlässigkeit kann erreicht werden.
Mit der Erfindung wird ferner eine Schaufel für ein
erfindungsgemäßes System mit einem eine Verbindungskontur
aufweisenden Schaufelfuß vorgeschlagen, wobei die
Verbindungskontur mit einer Beschichtung versehen ist.
Insbesondere im Wartungsfall, wenn eine Schaufel ausgetauscht
werden muss, ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung am
Schaufelfuß und nicht in der Öffnung vorgesehen ist. So kann
vermieden werden, dass die Öffnung bei einem Austausch einer
Schaufel im Rahmen einer Wartung mit einer neuen Beschichtung
versehen werden muss. Im Vergleich dazu erscheint das
Aufbringen der Beschichtung am Schaufelfuß den geringeren
Aufwand darzustellen, da die Schaufel im industriellen
Herstellungsprozess mit vergleichsweise geringem Aufwand mit
der Beschichtung versehen werden kann. Natürlich kann auch
die Öffnung mit einer Beschichtung erneut versehen werden,
wobei hierzu jedoch insbesondere bei großen
Strömungsmaschinen, wie Gasturbinen, Dampfturbinen oder
dergleichen, die entsprechenden Einrichtungen mobil zur
Strömungsmaschine zu schaffen sind und der Anwendungsbereich
in der Strömungsmaschine für den Einsatz der Vorrichtungen
freizulegen ist. Vorzugsweise sind beim Austausch einer
Schaufel Beschichtungsreste aus der Öffnung mit geeigneten
Mitteln zu entfernen. Dies kann beispielsweise sowohl durch
mechanisches Abtragen als auch durch chemische oder
physikalische Behandlung erfolgen. Die erfindungsgemäße
Schaufel eignet sich darüber hinaus auch zur Nacharbeitung,
indem beispielsweise der Fußbereich einer demontierten
Schaufel von Beschichtungsresten befreit und anschließend mit
einer neuen Beschichtung versehen wird.
In einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die
Beschichtung über die gesamte Erstreckung der
Verbindungskontur vorgesehen ist. Eine besonders einfache
Herstellung der Beschichtung und Ausgestaltung des
Herstellungsverfahrens kann erreicht werden, da der gesamte
Verbindungsbereich der Beschichtung unterzogen wird. Aufwand
für die Herstellung sowie Kosten können reduziert werden.
Mit der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Festlegen
einer Schaufel im Strömungskanal einer Strömungsmaschine
vorgeschlagen, wobei eine Verbindungskontur eines
Schaufelfußes der Schaufel und/oder eine aufnehmende Kontur
einer Öffnung in einer Wand des Strömungskanals oder einer im
Strömungskanal drehbar gelagerten Rotorwelle mit einer
Beschichtung versehen werden und der Schaufelfuß in die
Öffnung eingefügt wird. Es kann erreicht werden, dass die
Verbindungskontur einer höheren Beanspruchung standhält, weil
Spalte in der Verbindungskontur reduziert werden. Dies führt
zu einer größeren Kraftübertragungsfläche und zur
Vergleichmäßigung der Kraftwirkung über die Erstreckung der
Kontur. Qualität und Zuverlässigkeit der Verbindung können
erhöht werden. Darüber hinaus eignet sich das
erfindungsgemäße Verfahren auch für eine Nachrüstung bei
bereits bestehenden Strömungsmaschinen. So kann
beispielsweise im Rahmen einer Wartung bei einer bestehenden
Strömungsmaschine eine Schaufel mit einer erfindungsgemäßen
Beschichtung an der Verbindungskontur versehen werden.
Dadurch, dass mit der Erfindung Spalte reduziert werden
können, kann eine höhere Zuverlässigkeit erreicht werden.
Insbesondere bei wechselnden Beanspruchungen oder auch bei
Impulsbeanspruchungen kann eine zuverlässige sichere
Kraftübertragung erreicht werden. Spannungsspitzen in der
Verbindungskontur sowie auch in der Schaufel können reduziert
werden. Darüber hinaus kann erreicht werden, dass Leckagen
aufgrund von Spaltbildung reduziert werden können.
Insbesondere bei Längsnuten kann eine deutliche Verbesserung
einer Dichtungswirkung erreicht werden.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Beschichtung durch
einen Betrieb der Strömungsmaschine geformt wird. So kann
erreicht werden, dass die Beschichtung durch den Betrieb
derart geformt wird, dass Spalte, die sich erst während des
bestimmungsgemäßen Betriebs der Strömungsmaschine ausbilden
oder verändern, durch die Beschichtung reduziert werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung
verfestigt wird. Hierzu kann die Beschichtung beispielsweise
Zusatzstoffe enthalten, die durch Verflüchtigung oder auch
durch chemische Reaktion oder Einwirkung von Wärme dazu
führen, dass die Beschichtung sich verfestigt. So kann
beispielsweise vorgesehen sein, dass die Beschichtung sich
während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Strömungsmaschine
verfestigt und so dauerhaft die Spaltbildung während eines
bestimmungsgemäßen Betriebs der Strömungsmaschine reduziert.
Mit der Erfindung wird ferner eine Turbomaschine, wie eine
Dampfmaschine, eine Gasturbine oder dergleichen, mit einer in
einem Strömungskanal eines Gehäuses drehbar gelagerten
Rotorwelle, die Laufschaufeln aufweist, und mit im
Strömungskanal drehfest angeordneten Leitschaufeln
vorgeschlagen, wobei ein erfindungsgemäßes System vorgesehen
ist. Gerade bei den hohen physikalischen und chemischen
Beanspruchungen der Turbomaschinen erweisen sich die Vorzüge
des erfindungsgemäßen Systems als besonders vorteilhaft.
Durch hohe Temperaturbeanspruchungen und auch wechselnde
Belastungen sind Spalte im Verbindungsbereich einer Schaufel
nicht ungewöhnlich. Mit dem erfindungsgemäßen System besteht
nun erstmals die Möglichkeit, die Ausbildung solcher Spalte
und deren nachteilige Auswirkungen deutlich zu reduzieren.
Die Turbomaschine kann somit höheren Beanspruchungen
standhalten, da die Kraftübertragung der Schaufeln auf das
entsprechende Bauteil, an dem sie festgelegt sind, verbessert
werden kann. So kann beispielsweise eine höhere Leistung der
Turbomaschine erreicht werden. Es kann aber auch erreicht
werden, dass die Turbomaschine für einen unstetigen Betrieb
robuster ausgeführt ist, denn, wie bereits oben ausgeführt,
kann die Einwirkung von wechselnden Beanspruchungen und/oder
Impulsbeanspruchungen deutlich verbessert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Schaufel nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren festgelegt ist. So kann
beispielsweise eine Turbomaschine auch nachträglich mit dem
erfindungsgemäßen System ausgerüstet werden. Eine weitere
Verbesserung der Zuverlässigkeit der Turbomaschine kann
erreicht werden. So können beispielsweise Wartungsintervalle
vergrößert werden, wodurch sich Betriebskosten sowie auch
Standzeiten reduzieren können.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Im wesentlichen
gleichbleibende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
- Fig. 1
- schematisch einen Ausschnitt der Laufschaufelbefestigung einer Turbomaschine mit einem erfindungsgemäßen System und
- Fig. 2
- eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 gekennzeichneten Bereichs.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strömungskanal 4
einer nicht weiter dargestellten Dampfturbine, wobei
abschnittsweise eine Rotorwelle 1 aus einem 3,5% Nickelstahl
sowie eine an dieser befestigte Laufschaufel 2 dargestellt
sind, welche aus einem hochlegierten Chromstahl gebildet ist.
Die Rotorwelle 1 weist eine Öffnung 6 auf, die mit einer
stufenförmigen aufnehmenden Kontur 5 versehen ist. Die
Schaufel 2 weist in ihrem unteren Bereich einen Schaufelfuß 8
auf, der mit einer Verbindungskontur 3 versehen ist. Die
Verbindungskontur 3 ist komplementär zur aufnehmenden Kontur
5 ausgebildet. Durch die Verbindungskontur 3 und die
aufnehmende Kontur 5 liegt eine Überbestimmung derart vor,
dass aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht jede Tragflanke
9 zur Kraftübertragung an einer Tragflanke 10 anliegt,
sondern teilweise in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen
Spalte gebildet werden würden. Um hierdurch verursachte
Spalte zu reduzieren bzw. zu vermeiden und eine größere
Tragkraft zu erreichen, ist an den Tragflanken 9 des
Schaufelfußes 8 eine Beschichtung 7 aus einer Kupfer-Nickel-Indium-Legierung
vorgesehen. Der Tangentenmodul der
Beschichtung 7 liegt bei etwa 10 GPa, wohingegen der
Schaufelfuß 8 einen Tangentenmodul von etwa 210 GPa aufweist.
Die Beschichtung 7 weist somit einen kleineren Tangentenmodul
als der Werkstoff des Schaufelfußes 8 auf. Die Beschichtung 7
ist derart gewählt, dass sie plastisch verformbar ist. Somit
kann jedes zusammengehörige Tragflankenpaar 9, 10 zur
Übertragung von Kräften beitragen.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist der Schaufelfuß 8 mit
der stufenförmigen Verbindungskontur 3 versehen. Auf der
drehbar gelagerten Rotorwelle 1 wird eine Öffnung 6 mit einer
aufnehmenden Kontur 5 hergestellt. Die Verbindungskontur 3
der Laufschaufel 2 wird im Bereich der Tragflanken 9 mit der
Beschichtung 7 versehen. Anschließend wird der Schaufelfuß 8
mittels bekannter Techniken in die Öffnung 6 eingefügt. Durch
den Betrieb der Dampfturbine wird die Beschichtung 7 geformt,
so dass Spalte zwischen den Tragflanken 9, 10 ausgefüllt
sind. Während des Betriebs der Dampfturbine verfestigt sich
die Beschichtung 7. Die vorgesehene Beschichtung 7 führt zu
einer Erhöhung der Belastbarkeit der Verbindung von etwa 10%
bis 30%.
Das in den Fign. dargestellte Ausführungsbeispiel dient
lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese
nicht beschränkend. So können insbesondere die Art des
Aufbringens der Beschichtung als auch die zu beschichtenden
Abschnitte der aufnehmenden Kontur und/oder der
Verbindungskontur variieren. Das erfindungsgemäße System zum
Festlegen einer Schaufel ist darüber hinaus nicht nur auf
Dampfturbinen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch
auf Gasturbinen, Verdichter oder dergleichen angewendet
werden, ohne die erfinderische Idee zu verlassen.
Claims (14)
- System zur Festlegung einer Schaufel (2) im Strömungskanal (4) einer Strömungsmaschine mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotorwelle (1), wobei die Schaufel (2) in einem Verbindungsbereich an der Rotorwelle (1) oder an einer Wand des Strömungskanals (4) festgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich eine deformierbare Schicht (7) aufweist. - System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die deformierbare Schicht (7) durch eine Beschichtung einer Verbindungskontur (3) der Schaufel (2) und/oder einer die Verbindungskontur (3) aufnehmenden Kontur (5) der Rotorwelle (1) oder der Wand des Strömungskanals (4)gebildet ist. - System nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (3, 5) vollständig beschichtet ist. - System nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) einen kleineren Elastizitätsmodul als der Werkstoff der Verbindungskontur (3) der Schaufel (2) aufweist. - System nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (7) plastisch verformbar ist. - System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (7) während der Montage durch Verformung verfestigbar ist. - System nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (3, 5) stufig ausgebildet ist. - Schaufel (2) für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem eine Verbindungskontur (3) aufweisenden Schaufelfuß (8),
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskontur (3) mit einer Beschichtung (7) versehen ist. - Schaufel nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) über die gesamte Erstreckung der Verbindungskontur (3) vorgesehen ist. - Verfahren zum Festlegen einer Schaufel (2) im Strömungskanal (4) einer Strömungsmaschine, wobei eine Verbindungskontur (3) eines Schaufelfußes (8) der Schaufel (2) und/oder eine aufnehmende Kontur (5) einer Öffnung (6) in einer Wand des Strömungskanals (4) oder in einer im Strömungskanal (4) drehbar gelagerten Rotorwelle (1) mit einer Beschichtung (7) versehen werden und der Schaufelfuß (8) in die Öffnung (6) eingefügt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) durch einen Betrieb der Strömungsmaschine geformt wird. - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) verfestigt wird. - Turbomaschine mit einer in einem Strömungskanal (4) eines Gehäuses drehbar gelagerten Rotorwelle (1), die Laufschaufeln (2) aufweist, und mit im Strömungskanal (4) drehfest angeordneten Leitschaufeln (2),
dadurch gekennzeichnet
ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 7. - Turbomaschine nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaufel (2) nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 festgelegt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP04002822A EP1561905A1 (de) | 2004-02-09 | 2004-02-09 | Plastisch deformierbare Schicht im Verbindungsbereich einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Schaufelbefestigung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP04002822A EP1561905A1 (de) | 2004-02-09 | 2004-02-09 | Plastisch deformierbare Schicht im Verbindungsbereich einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Schaufelbefestigung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1561905A1 true EP1561905A1 (de) | 2005-08-10 |
Family
ID=34673701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP04002822A Withdrawn EP1561905A1 (de) | 2004-02-09 | 2004-02-09 | Plastisch deformierbare Schicht im Verbindungsbereich einer Turbinenschaufel und Verfahren zur Schaufelbefestigung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1561905A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2004
- 2004-02-09 EP EP04002822A patent/EP1561905A1/de not_active Withdrawn
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