EP2696035A1 - Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine und zugehöriges Montageverfahren - Google Patents
Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine und zugehöriges Montageverfahren Download PDFInfo
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- EP2696035A1 EP2696035A1 EP12179777.3A EP12179777A EP2696035A1 EP 2696035 A1 EP2696035 A1 EP 2696035A1 EP 12179777 A EP12179777 A EP 12179777A EP 2696035 A1 EP2696035 A1 EP 2696035A1
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Definitions
- the invention relates to a retaining device for blades of a turbomachine on a rotor disk according to the preamble of patent claim 1, a method for axial securing of blades on a rotor disk of a turbomachine and a turbomachine.
- Blades 1, as in Figures 1 and 2 are shown with their foot 2 in an axial groove 4 of a rotor disk 6 of a turbomachine are regularly secured by a retaining device in the axial direction.
- a known retaining device has a plurality of securing elements 8, which are respectively arranged in the groove 4 between the foot 2 and a groove bottom.
- a securing element 8 in each case has a web 10 for arrangement in the grooves 4 and two securing sections 12, 14 extending at the ends from the web 10, which are widened in relation to the groove 4 and bear against a front disk surface 16 and a rear disk surface 18 in the mounted state , Due to the widened relative to the grooves 4 securing portions 12, 14, the securing elements 8 are positioned in the grooves 4 before blading the rotor disk 6. However, if a securing portion 12, 14 damaged during bending, the entire rotor disk 6 must be de-scooped to replace the defective fuse element 8.
- the object of the invention is to provide a retaining device for blades of a turbomachine on a rotor disk, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows a favorable power transmission between the blades and the rotor disk. Furthermore, it is an object of the invention to provide an improved method for the axial securing of rotor blades on a rotor disk of a turbomachine and a turbomachine with an improved axial blade safety device.
- a rotor blade retaining device on a rotor disk having blade root receivers for locating the blades has a plurality of axial securing members each having at least one land for positioning in a blade root receiver.
- each web end has a holding section for producing a positive connection with a counter-holder of an opposite axial securing element.
- the securing elements are each positively connected to a securing element of the opposite side, they support each other, whereby an outwardly torque-free power transmission takes place. In addition, a defined power flow is ensured.
- the securing elements are independent of a mounting direction viewed in the axial direction from the front or from behind mountable.
- the holding portions may be narrower than the Schaufelfußfactn in the arrangement area be the fuse elements and assume a different from a securing position mounting position.
- the holding portions In the mounting position, the holding portions are as flat or almost as flat as the webs aligned, so that the holding portions and the webs have an equal or nearly equal height.
- the holding portions may be plastically deformable, whereby they are then bent from the flat mounting position in the upright securing position. Alternatively, the holding portions are biased in their upright securing position and then deformed from this elastic in the flat mounting position. As a result, accidentally damaged fuse elements can be replaced at any time, making appropriate repairs can be performed quickly.
- the counter-holders are offset in the vertical direction of the securing elements and have an elongated shape extending in the transverse direction of the securing elements, wherein they have such an extent that they extend beyond at least one adjacent Schaufelfuß technique in the mounted state or bridge an adjacent Schaufelfuß technique.
- the counterholds are already always in their securing position and do not have to be transferred into this position.
- the counter-holders run during assembly on the rotor disk and thus define a clear axial securing position of the securing elements in the Schaufelfuß techniquen.
- two fuse elements each form a fuse element pair.
- Preferred securing elements each have a web, from which a counter-holder extends on one side in the transverse direction.
- the two securing elements of this pair have a same or identical L-shaped configuration.
- the fuse element pair can be used as a repair part, for example, if a conventional web-like securing element is damaged.
- the defective fuse element and an adjacent fuse element can be removed and replaced by a pair of fuse elements.
- the retaining device may also comprise at least one pair of securing elements, of which one securing element has a web with a counterpart extending on both sides of the web, and the other securing element has two spaced-apart webs has, which are connected by a counter-holder.
- the web of the T-shaped securing element between the webs of the U-shaped securing element is arranged and the holding portions each form a positive connection with the counter-holders.
- the retaining device can be used both in rotor disks with a straight and in rotor disks with an odd number of rotor blades.
- the fuse element pair consisting of the U-shaped and the T-shaped securing element with odd numbers of blades as a kind of closure of the restraint device.
- the fuse elements do not form a self-contained fuse element pair, but identical fuse elements are assembled like a chain.
- Preferred securing elements for forming the securing element chain are each U-shaped and each have two webs which are interconnected by a counter-holder and are spaced apart such that two securing elements can be arranged with one of its two webs between the webs.
- each fuse element extends over four blades.
- a U-shaped securing element and an I-shaped securing element can be provided which can be mounted easily or repeatedly.
- the I-shaped securing member has a body portion which is wider than the respective blade root receiver in the arrangement region of the securing element and is free from engagement of a holding portion in the assembled state, instead of a counter-holder.
- the I-shaped securing element is positioned between two identically oriented U-shaped securing elements, wherein the opposite U-shaped securing element has a widened counter-holder, so that three webs can be arranged between its two webs.
- the respective form-fit can be improved or produced in a simplified manner if the holding sections each have a dimensionally stable latching nose for partially gripping around the respective counter-holder.
- axial securing elements are inserted into the Schaufelfuß techniquen, which are connected by at least one positive locking.
- the securing elements are each connected to a securing element of the opposite side and thus support each other, whereby an outwardly torque-free power transmission takes place.
- a defined power flow is ensured.
- the mutual support can be further improved if the securing elements are connected to each other by a mutual positive connection.
- a preferred turbomachine has a bladed rotor disk whose blades are used in their Schaufelfuß techniquen and secured by a retaining device according to the invention in the axial direction.
- FIG. 3 a fuse element pair 20 of a retaining device according to the invention for the axial securing of blades (not shown) on a rotor disk (not shown) is shown.
- the blades are each used with their feet in an axial Schaufelfußfactn or Rotornut the rotor disk.
- a radial securing of the blades in the rotor grooves is effected by a positive contouring of the rotor grooves and the feet.
- the retaining device has a multiplicity of securing element pairs 20, which each have two identical axial securing elements 22, 22 'which mutually form a form-locking connection.
- the securing elements 22, 22 ' have, as in FIG. 4 exemplified on the fuse element 22, a web 24, the end a holding portion 26 and the end has a counter-holder 28.
- the web 24 has a plate-like contour and an extension in the transverse direction y or a width corresponding to the rotor groove in the arrangement region of the securing element 22.
- the web 24 thus has a width which is equal to or narrower of a groove bottom.
- the counter-holder 28 is rigid and offset from the web 24 in the vertical direction z arranged. It has an elongated extension in the transverse direction y of the securing element 22 and thereby an elongated extent in the circumferential direction of the rotor disk. It is thus spaced in the vertical direction z of the web 24 and formed in the embodiment shown as a one-sided arm. It has such an extent in the transverse direction y, that it bridges an adjacent Rotornut.
- the holding portion 26 is plastically deformable and downgraded against not numbered web flanks end. It is thus narrower than the rotor groove in the arrangement region of the securing element 22. It can be transferred from a flat mounting position into an upright securing position shown. Due to the narrow design and the flat mounting position of the holding portion 26, the rotor disk can be bladed before inserting the securing elements 22 in the rotor grooves, since the holding portion 26 can be pushed between the groove bottom and the blade roots.
- the holding portion 26 has a locking lug 30 for forming a radially outer boundary surface for a counter-holder 28 'of an adjacent securing element 22' (s. FIG. 3 ).
- the holding portions 26, 26 ' are around the counter-holder 28, 28' of the respective opposite securing element 26, 26 'deformed until they with their locking lugs 30, 30' engage around the counter-holders 28, 28 '.
- the securing elements 22, 22 ' are now mutually connected by means of positive locking and the blades arranged in these rotor grooves are releasably secured in the axial direction of the rotor disk.
- fuse element pair 32 is provided by means of which three blades can be secured to a rotor disk.
- This fuse element pair 32 consists of two different fuse elements 34, 36; namely, it has a T-shaped securing element 34 and U-shaped securing element 36, which are mounted in the axial direction x opposite to each other.
- the T-shaped securing element 34 has a web 24, which is arranged centrally of a counter-holder 28.
- the counter-holder 28 extends on both sides of the web 24 and has quasi two arm halves 38, 40.
- the arm halves 38, 40 have such an extent in the transverse direction y, that they each bridge over an adjacent rotor groove in the mounted state.
- the web 24 has a plastically deformable holding section 26 with a latching nose 30.
- the securing element 36 is U-shaped with two spaced apart in the transverse direction y webs 24 ', each having a holding portion 26' with a latching nose 30 'and are connected via a counter-holder 28' together.
- the webs 24 ' are spaced apart such that they are not added in the mounted state in the respective adjacent rotor groove, but in the next but one rotor groove. In other words, in the mounted state, an empty groove for receiving the web 24 of the T-shaped securing element 34 is formed between the webs.
- the T-shaped securing element 34 and the U-shaped securing elements 36 are oriented in the axial direction x opposite to each other. They pass through each of their webs 24, 24 'a Rotornut and lie with their counter-holders 28, 28' on a front side surface and a rear side surface of the rotor disk.
- the T-shaped securing element 34 is arranged with its web 24 in the empty groove between the webs 24 'of the U-shaped securing element.
- the holding portions 26, 26 ' are the counter-holders 28, 28' and the counter-holder 28 'and the arm halves 38, 40 of the opposite Secured element 34, 36 laid, which are thereby interconnected by mutual positive engagement.
- the securing element pairs 20 consisting of the L-shaped securing elements 22, 22 'with the securing element pairs 32 consisting of the T-shaped securing elements 34 and U-shaped securing elements 36 cover all blade numbers.
- FIG. 6 a fuse element chain 42 of a restraint device according to the invention is shown.
- the securing element chain 42 is characterized in that a securing element 44 'with its two adjacent securing elements 44, 44 "is mutually positively connected, so that the retaining device is closed in an annular manner over the circumference of the rotor disk.
- the securing elements 44, 44 ', 44 are identical and, as an example, on the securing element 44 in FIG. 7 clearly visible, U-shaped. They each have two in the transverse direction y spaced webs 24, each having a holding portion 26 with a latching nose 30 and which are interconnected by a counter-holder 28. In contrast to the U-shaped securing element 36 after FIG. 5 However, the webs 24 in the securing elements 44, 44 ', 44 "spaced so far apart that in the assembled state, not only an empty groove, but in each case two free empty grooves are formed between them .. Die U-förmige Sich mecanics institute 44, 44', 44 "thus each extend over four blades.
- FIG. 8 To close the chain is not in by four (4) divisible blade numbers (n mod 4 ⁇ 0 with n: number of blades) a in FIG. 8 shown fuse element pair 46 as a closure one or more times installed.
- n mod 4 ⁇ 0 with n: number of blades For at least four (4) divisible blade numbers produce at least one empty groove between the securing elements 44, 44 "which are aligned at the end in the axial direction x.
- the end securing elements 44, 44" are thus spaced apart in the circumferential direction and can no longer be identical to one another Secured element 44 'are connected because its counter-holder 28' has a too short transverse extent y.
- the fuse element pair 46 comprises a U-shaped securing element 48, the two webs 24 'are spaced apart from one another such that the counter-holder 28' can extend over three empty grooves.
- the U-shaped securing element 48 is thus opposite to the U-shaped securing element 44, 44 ', 44 "after the FIGS. 6 and 7 widened in the transverse direction y.
- the webs 24 'each have a holding portion 26' with a latching nose 30 '.
- the securing element pair 46 has an approximately I-shaped securing element 50.
- the I-shaped securing element 50 has a web 24 "'which has a holding section 26'" with a latching groove 30 '. "Instead of a counter-holder 28, the I-shaped securing element 50 has an end-side body section 52.
- the body section 52 is opposite to FIG Stem 24 '"staggered in the vertical direction z and has such an extent on both sides of the web 24"', that this rests in the mounted state on the side surfaces of the rotor disk.
- the widened U-shaped securing element 48 is oriented in the axial direction x opposite to the end-side U-shaped securing elements 44, 44 "and bridges the empty groove 28 "of the end-side securing elements 44, 44” .
- the holding sections 26, 26 “of the end-side securing elements 44, 44” engage with their latching noses 30, 30 "the counter-holder 28 'of the widened U-shaped securing element 48.
- the securing elements 44, 44 ", 48 are now in mutual positive connection
- the I-shaped securing element 50 is inserted into the empty slot opposite to the widened U-shaped securing element 48. It lies laterally with its body section 52 Empty groove on the side surfaces of the rotor disk and engages with its holding portion 26 '"and its locking lug 30''form-fitting the counter-holder 28' of the U-shaped securing element.
- the securing elements 22, 34, 36, 44, 48, 50 each consist of a metallic material or a metal alloy.
- the counter-holders 28 are preferably curved according to the rotor disk in the transverse direction y of the securing elements and thus in the circumferential direction of the retaining device or the rotor disk.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur axialen Sicherung von Laufschaufeln an einer Rotorscheibe einer Strömungsmaschine sowie eine Strömungsmaschine.
- Laufschaufeln 1, die wie in
Figuren 1 und 2 gezeigt, mit ihrem Fuß 2 in einer axialen Nut 4 einer Rotorscheibe 6 einer Strömungsmaschine angeordnet sind, werden regelmäßig durch eine Rückhaltevorrichtung in axialer Richtung gesichert. Eine bekannte Rückhaltevorrichtung weist eine Vielzahl von Sicherungselementen 8 auf, die jeweils in der Nut 4 zwischen dem Fuß 2 und einem Nutgrund angeordnet sind. Ein Sicherungselement 8 hat jeweils einen Steg 10 zur Anordnung in den Nuten 4 und zwei sich endseitig von dem Steg 10 erstreckende Sicherungsabschnitte 12, 14, die gegenüber der Nut 4 verbreitert sind und im montierten Zustand an einer vorderen Scheibenfläche 16 und einer hinteren Scheibenfläche 18 anliegen. Aufgrund der gegenüber den Nuten 4 verbreiterten Sicherungsabschnitten 12, 14 werden die Sicherungselemente 8 vor der Beschaufelung der Rotorscheibe 6 in den Nuten 4 positioniert. Wird jedoch beim Umbiegen ein Sicherungsabschnitt 12, 14 beschädigt, muss die gesamten Rotorscheibe 6 entschaufelt werden, um das defekte Sicherungselement 8 zu ersetzen. Weitere stegartige Sicherungselemente mit verbreiterten Sicherungsabschnitten sind in der amerikanischen PatentanmeldungUS 2009/0060746 A1 sowie in der europäischen PatentanmeldungEP 1 057 973 A2 gezeigt. Alternative Rückhaltevorrichtungen sehen bogenartige Plattenelemente vor, die zusammen einen geschlossenen Ring bilden. Sie werden im Bereich der hinteren Scheibenfläche zwischen Abschnitten der Rotorscheibe und der Laufschaufeln eingesetzt und erstrecken sich jeweils über mehrere Laufschaufeln. Derartige Rückhaltevorrichtungen sind beispielsweise in der europäischen PatentanmeldungEP 0 761 930 A1 , der deutschen OffenlegungsschriftDE 199 60 896 A1 , der amerikanischen PatentanmeldungUS 2004/0062643 A1 und in der europäischen PatentanmeldungEP 1 650 406 A2 gezeigt. Nachteilig an diesen plattenartigen Rückhaltevorrichtungen ist, dass entsprechende Rotortscheibenabschnitte und Schaufelabschnitte zum Halten der Plattenelemente vorzusehen sind. Des Weiteren ist die Montage und Demontage der einzelnen Plattenelemente zu einem geschlossenen Ring aufwendig. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine günstige Kraftübertragung zwischen den Laufschaufeln und der Rotorscheibe ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur axialen Sicherung von Laufschaufeln an einer Rotorscheibe einer Strömungsmaschine sowie eine Strömungsmaschine mit einer verbesserten axialen Laufschaufelsicherung zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rückhaltevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
- Eine erfindungsgemäße Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe, die Schaufelfußaufnahmen zur Anordnung der Laufschaufeln hat, hat eine Vielzahl von axialen Sicherungselementen, die jeweils zumindest einen Steg zur Positionierung in einer Schaufelfußaufnahme aufweisen. Erfindungsgemäß hat jeder Steg endseitig ein Halteabschnitt zur Herstellung einer Formschlussverbindung mit einem Gegenhalter eines entgegengesetzten axialen Sicherungselementes.
- Dadurch, dass die Sicherungselemente jeweils formschlüssig mit einem Sicherungselement der Gegenseite verbunden werden, stützen sie sich gegenseitig, wodurch eine nach außen momentenfreie Kraftübertragung erfolgt. Zudem wird ein definierter Kraftfluss gewährleistet. Die Sicherungselemente sind unabhängig von einer Montagerichtung in axialer Richtung betrachtet von vorne oder von hinten montierbar.
- Um einen Austausch der Sicherungselemente im beschaufelten Zustand der Rotorscheibe zu ermöglichen, können die Halteabschnitte schmaler als die Schaufelfußaufnahmen im Anordnungsbereich der Sicherungselemente sein und eine von einer Sicherungsstellung abweichende Montagestellung einnehmen. In der Montagestellung sind die Halteabschnitte so flach bzw. nahezu so flach wie die Stege ausgerichtet, so dass die Halteabschnitte und die Stege eine gleiche bzw. nahezu gleiche Höhe haben. Die Halteabschnitte können plastisch verformbar sein, wobei sie dann aus der flachen Montagestellung in die aufrechte Sicherungsstellung umgebogen werden. Alternativ sind die Halteabschnitte in ihre aufrechte Sicherungsstellung vorgespannt und dann aus dieser elastisch in die flache Montagestellung verformbar. Hierdurch können versehentlich beschädigte Sicherungselemente jederzeit ausgetauscht werden, wodurch entsprechende Reparaturen schnell durchgeführt werden können.
- Bevorzugterweise sind die Gegenhalter in Hochrichtung der Sicherungselemente versetzt und haben eine sich in Querrichtung der Sicherungselemente erstreckende längliche Gestalt, wobei sie eine derartige Erstreckung haben, dass sie sich im montierten Zustand über zumindest eine benachbarte Schaufelfußaufnahme hinaus erstrecken bzw. eine benachbarte Schaufelfußaufnahme überbrücken. Die Gegenhalter befinden sich hierdurch bereits stets in seiner Sicherungsstellung und müssen nicht erst in diese überführt werden. Zudem laufen die Gegenhalter bei der Montage auf die Rotorscheibe auf und definieren so eine eindeutige axiale Sicherungsposition der Sicherungselemente in den Schaufelfußaufnahmen.
- Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden zwei Sicherungselemente jeweils ein Sicherungselementenpaar. Bevorzugte Sicherungselemente haben jeweils einen Steg, von dem sich ein Gegenhalter einseitig in Querrichtung erstreckt. Die beiden Sicherungselemente dieses Paares haben eine gleiche bzw. identische L-förmige Gestalt. Hierdurch lassen sich zwei benachbarte Laufschaufeln schnell und verlässlich sichern. Das Sicherungselementenpaar kann als Reparaturteil eingesetzt werden, wenn beispielsweise ein herkömmliches stegartig Sicherungselement beschädigt ist. Das defekte Sicherungselement und ein benachbartes Sicherungselement können entfernt und durch ein Sicherungselementenpaar ersetzt werden.
- Die Rückhaltevorrichtung kann jedoch auch zumindest ein Sicherungselementenpaar aufweisen, von denen das eine Sicherungselement einen Steg mit einem sich beidseits des Stegs erstreckenden Gegenhalter hat, und das andere Sicherungselement zwei voneinander beabstandete Stege hat, die durch ein Gegenhalter miteinander verbunden sind. Im montierten Zustand ist der Steg des T-förmigen Sicherungselements zwischen den Stegen des U-förmigen Sicherungselementes angeordnet und die Halteabschnitte bilden jeweils eine Formschlussverbindung mit den Gegenhaltern. Mittels dem U-förmigen Sicherungselements und dem T-förmigen Sicherungselement können drei benachbarte Laufschaufeln an der Rotorscheibe gesichert werden, so dass in Kombination der beiden Sicherungselementenpaare (2 L-förmige Sicherungselemente ergeben ein Sicherungselementenpaar, 1 T-förmiges Sicherungselement und 1 U-förmiges Sicherungselement ergeben ein Sicherungselementenpaar) die Rückhaltevorrichtung sowohl bei Rotorscheiben mit einer geraden, als auch bei Rotorscheiben mit einer ungerader Laufschaufelzahl verwendet werden kann. Beispielsweise ist es vorstellbar, das Sicherungselementenpaar bestehend aus dem U-förmigen und dem T-förmigen Sicherungselement bei ungeraden Laufschaufelzahlen quasi als Verschluss der Rückhaltevorrichtung zu verwenden.
- Bei einem anderen Ausführungsbeispiel bilden die Sicherungselemente kein in sich geschlossenes Sicherungselementenpaar, sondern identische Sicherungselemente werden kettenartig zusammengesetzt. Bevorzugte Sicherungselemente zur Bildung der Sicherungselementenkette sind jeweils U-förmig und haben jeweils zwei Stege, die durch ein Gegenhalter miteinander verbunden sind und derart voneinander beabstandet sind, dass zwei Sicherungselemente mit jeweils einem ihrer beiden Stege zwischen den Stegen angeordnet werden kann. Somit erstreckt sich jedes Sicherungselement über vier Laufschaufeln.
- Zum Schließen der Sicherungselementenkette bei nicht durch vier teilbaren Laufschaufelzahlen, können ein U-förmiges Sicherungselement und ein I-förmiges Sicherungselement vorgesehen sein, die einfach oder mehrfach montiert werden können. Das I-förmige Sicherungselement hat anstelle eines Gegenhalters einen Körperabschnitt, der breiter als die jeweilige Schaufelfußaufnahme im Anordnungsbereich des Sicherungselementes ist und im montierten Zustand frei von einem Eingriff eines Halteabschnitts ist. Das I-förmige Sicherungselement wird zwischen zwei gleich orientierten U-förmigen Sicherungselementen positioniert, wobei das entgegengesetzte U-förmige Sicherungselement einen verbreiterten Gegenhalter hat, so dass drei Stege zwischen seinen beiden Stegen angeordnet werden können.
- Der jeweilige Formschluss lässt sich verbessern bzw. vereinfacht herstellen, wenn die Halteabschnitte jeweils eine formstabile Rastnase zum abschnittsweisen Umgreifen des jeweiligen Gegenhalters haben.
- Bei einem bevorzugten Verfahren zur axialen Sicherung von Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe, die mit ihren Füßen in axialen Schaufelfußaufnahmen der Rotorscheibe eingesetzt sind, werden axiale Sicherungselemente in die Schaufelfußaufnahmen eingesetzt, die durch zumindest einen Formschluss miteinander verbunden sind. Hierdurch werden die Sicherungselemente jeweils mit einem Sicherungselement der Gegenseite verbunden und stützen sie sich somit gegenseitig, wodurch eine nach außen momentenfreie Kraftübertragung erfolgt. Zudem wird ein definierter Kraftfluss gewährleistet.
- Die gegenseitige Stützung kann weiter verbessert werden, wenn die Sicherungselemente durch jeweils einen gegenseitigen Formschluss miteinander verbunden werden.
- Eine bevorzugte Strömungsmaschine hat eine beschaufelte Rotorscheibe, deren Laufschaufeln in ihren Schaufelfußaufnahmen eingesetzt und durch eine erfindungsgemäße Rückhaltevorrichtung in axialer Richtung gesichert sind.
- Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
- Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figuren 1 und 2
- eine bekannte axiale Sicherung einer Laufschaufel an einer Rotorscheibe,
- Figur 3
- eine Zusammenbauzeichnung eines Sicherungselementenpaars einer erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung,
- Figur 4
- eine Einzeldarstellung eines L-förmigen axialen Sicherungselementes des Sicherungselementenpaars,
- Figur 5
- eine Explosionszeichnung eines Sicherungselementenpaars mit einem U-förmigen Sicherungselementes und einem T-förmigen Sicherungselementes,
- Figur 6
- eine Zusammenbauzeichnung einer Sicherungselementenkette einer erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung,
- Figur 7
- eine Einzeldarstellung eines U-förmigen axialen Sicherungselementes der Sicherungselementenkette, und
- Figur 8
- eine Explosionszeichnung eines Sicherungselementenpaars mit einem verlängerten U-förmigen Sicherungselemente und einem 1-förmigen Sicherungselement.
- In
Figur 3 ist ein Sicherungselementenpaar 20 einer erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung zur axialen Sicherung von Laufschaufeln (nicht gezeigt) an einer Rotorscheibe (nicht gezeigt) gezeigt. Die Laufschaufeln sind mit ihren Füßen jeweils in eine axiale Schaufelfußaufnahmen bzw. Rotornut der Rotorscheibe eingesetzt. Eine radiale Sicherung der Laufschaufeln in den Rotornuten erfolgt durch eine formschlüssige Konturierung der Rotornuten und der Füße. Die Rückhaltevorrichtung weist eine Vielzahl von den Sicherungselementenpaaren 20 auf, die jeweils zwei identischen axialen Sicherungselementen 22, 22' haben, die jeweils gegenseitig eine Formschlussverbindung bilden. - Die Sicherungselemente 22, 22' haben, wie in
Figur 4 beispielhaft am Sicherungselement 22 beziffert, einen Steg 24, der endseitig einen Halteabschnitt 26 sowie endseitig einen Gegenhalter 28 aufweist. Der Steg 24 hat eine plattenartige Kontur und eine Erstreckung in Querrichtung y bzw. eine Breite, die der Rotornut im Anordnungsbereich des Sicherungselementes 22 entspricht. Vornehmlich hat der Steg 24 somit eine Breite, die gleich oder schmaler eines Nutgrundes ist. - Der Gegenhalter 28 ist steif ausgeführt und gegenüber dem Steg 24 in Hochrichtung z versetzt angeordnet. Es hat eine längliche Erstreckung in Querrichtung y des Sicherungselements 22 und hierdurch eine längliche Erstreckung in Umfangsrichtung der Rotorscheibe. Er ist somit in Hochrichtung z von dem Steg 24 beabstandet und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als einseitiger Arm ausgebildet. Es hat eine derartige Erstreckung in Querrichtung y, dass er eine benachbarte Rotornut überbrückt.
- Der Halteabschnitt 26 ist plastisch verformbar und endseitig gegenüber nicht bezifferten Stegflanken zurückgestuft. Es ist somit schmaler als die Rotornut im Anordnungsbereich des Sicherungselementes 22. Es ist aus einer flachen Montagestellung in eine gezeigte aufrechte Sicherungsstellung überführbar. Durch die schmale Ausbildung und die flache Montagestellung des Halteabschnitts 26 kann die Rotorscheibe vor dem Einsetzen der Sicherungselemente 22 in den Rotornuten beschaufelt werden, da der Halteabschnitt 26 zwischen dem Nutgrund und den Schaufelfüßen hindurchgeschoben werden kann. Vorzugsweise hat der Halteabschnitt 26 eine Rastnase 30 zum Bilden einer radial äußeren Begrenzungsfläche für einen Gegenhalter 28' eines benachbarten Sicherungselementes 22' (s.
Figur 3 ). - Im an der Rotorscheibe montierten Zustand sind jeweils zwei Sicherungselemente 22, 22' in Axialrichtung x entgegengesetzt zueinander orientiert. Sie durchsetzen jeweils mit ihren Stegen 24, 24' eine Rotornut und liegen mit ihren Gegenhaltern 28, 28' an einer vorderen Seitenfläche bzw. einer hinteren Seitenfläche der Rotorscheibe an. Die Gegenhalter 28, 28' sind in Umfangsrichtung der Rotorscheibe entgegengesetzt zueinander orientiert und überbrücken jeweils die Rotornut, in der der Steg 24, 24' des entgegengesetzten Sicherungselementes 22, 22' angeordnet ist bzw. aus der der Halteabschnitt26, 26' des entgegengesetzten Sicherungselements 22, 22' hervorsteht. Die Halteabschnitte 26, 26' werden um den Gegenhalter 28, 28' des jeweils entgegengesetzten Sicherungselementes 26, 26' verformt, bis diese mit ihren Rastnasen 30, 30' die Gegenhalter 28, 28' umgreifen. Die Sicherungselemente 22, 22' sind nun gegenseitig mittels Formschluss miteinander verbunden und die in diesen Rotornuten angeordneten Laufschaufeln sind in axialer Richtung an der Rotorscheibe lösbar gesichert.
- Dadurch dass sich die Sicherungselemente 22, 22' gegenseitig sichern, sind die Laufschaufeln doppelt gesichert. Sollte sich zum Beispiel versehentlich der Halteabschnitt 26 aus dem Formschluss mit dem Gegenhalter 28' lösen oder gar abbrechen, ist die jeweilige Laufschaufel immer noch durch den die Rotornut überbrückenden Gegenhalter 28' axial gesichert.
- Um ebenfalls ungerade Laufschaufelzahlen abdecken zu können, ist ein in
Figur 5 gezeigtes Sicherungselementenpaar 32 vorgesehen, mittels dem drei Laufschaufeln an einer Rotorscheibe gesichert werden können. Dieses Sicherungselementenpaar 32 besteht aus zwei unterschiedlichen Sicherungselementen 34, 36; und zwar weist es ein T-förmiges Sicherungselement 34 und U-förmigen Sicherungselement 36 auf, die in Axialrichtung x entgegengesetzt zueinander montiert werden. - Das T-förmige Sicherungselement 34 hat einen Steg 24, der mittig eines Gegenhalters 28 angeordnet ist. Somit erstreckt sich der Gegenhalter 28 beidseits des Stegs 24 und weist quasi zwei Armhälften 38, 40 auf. Die Armhälften 38, 40 haben eine derartige Erstreckung in Querrichtung y, dass sie im montierten Zustand jeweils eine benachbarte Rotornut überbücken. Endseitig weist der Steg 24 einen plastisch verformbares Halteabschnitt 26 mit einer Rastnase 30 auf.
- Das Sicherungselement 36 ist U-förmig mit zwei in Querrichtung y voneinander beabstandeten Stegen 24' ausgebildet, die jeweils einen Halteabschnitt 26' mit einer Rastnase 30' haben und über ein Gegenhalter 28' miteinander verbunden sind. Die Stege 24' sind derart voneinander beabstandet, dass sie im montierten Zustand nicht in der jeweils benachbarten Rotornut aufgenommen sind, sondern in der übernächsten Rotornut. Mit anderen Worten, im montierten Zustand ist zwischen den Stegen eine Leernut zur Aufnahme des Stegs 24 des T-förmigen Sicherungselementes 34 gebildet.
- Im an der Rotorscheibe montierten Zustand sind das T-förmige Sicherungselement 34 und das U-förmige Sicherungselemente 36 in Axialrichtung x entgegengesetzt zueinander orientiert. Sie durchsetzen jeweils mit ihren Stegen 24, 24' eine Rotornut und liegen mit ihren Gegenhaltern 28, 28' an einer vorderen Seitenfläche bzw. einer hinteren Seitenfläche der Rotorscheibe an. Dabei ist das T-förmige Sicherungselement 34 mit seinem Steg 24 in der Leernut zwischen den Stegen 24' des U-förmigen Sicherungselementes angeordnet. Die Halteabschnitte 26, 26' sind um die Gegenhalter 28, 28' bzw. den Gegenhalter 28' und die Armhälften 38, 40 des entgegengesetzten Sicherungselementes 34, 36 gelegt, die hierdurch mittels gegenseitigem Formschluss miteinander verbunden sind.
- Somit lassen sich durch eine Kombination der Sicherungselementenpaare 20 bestehend aus den L-förmigen Sicherungselementen 22, 22' mit den Sicherungselementenpaaren 32 bestehend aus den T-förmigen Sicherungselementen 34 und U-förmigen Sicherungselementen 36 sämtliche Laufschaufelzahlen abdecken.
- In
Figur 6 ist eine Sicherungselementenkette 42 einer erfindungsgemäßen Rückhaltevorrichtung gezeigt. Die Sicherungselementenkette 42 zeichnet sich dadurch aus, dass ein Sicherungselement 44' mit seinen beiden benachbarten Sicherungselementen 44, 44" gegenseitig formschlüssig verbunden ist, so dass die Rückhaltevorrichtung über den Umfang der Rotorscheibe ringartig geschlossen ist. - Die Sicherungselemente 44, 44', 44" sind identisch und, wie beispielhaft am Sicherungselement 44 in
Figur 7 klar zu erkennen, U-förmig ausgebildet. Sie haben jeweils zwei in Querrichtung y voneinander beabstandete Stege 24, die jeweils einen Halteabschnitt 26 mit einer Rastnase 30 aufweisen und die durch einen Gegenhalter 28 miteinander verbunden sind. Im Unterschied zum U-förmigen Sicherungselement 36 nachFigur 5 sind die Stege 24 bei den Sicherungselementen 44, 44', 44" jedoch derart weit voneinander beabstandet, dass im montierten Zustand nicht nur eine Leernut, sondern jeweils zwei freie Leernuten zwischen ihnen gebildet sind. Die U-förmigen Sicherungselemente 44, 44', 44" erstrecken sich somit jeweils über vier Laufschaufeln. - Wie in
Figur 6 gezeigt, sind im an der Rotorscheibe montierten Zustand jeweils zwei der U-förmigen Sicherungselemente 44, 44" in Axialrichtung x gleich orientiert und nebeneinander angeordnet. Ein drittes U-förmigen Sicherungselemente 44', ist in Axialrichtung x entgegengesetzt zu den beiden gleichorientierten U-förmigen Sicherungselement 44, 44" ausgerichtet. Das entgegengesetzte Sicherungselement 44' überbrückt mit seinem Gegenhalter 28' zwei Leernuten, in der die gleich orientierten Sicherungselemente 44, 44" jeweils mit einem Steg 24, 24" angeordnet sind. Die Halteabschnitte 26, 26', 26" sind formschlüssig um die Gegenhalter 28, 28', 28" der Sicherungselemente 44, 44', 44" gelegt und somit mittels gegenseitigen Formschluss mit diesen verbunden. Diese Anordnung setzt sich fort, bis die Sicherungselementenkette 42 geschlossen ist. - Zum Schließen der Kette wird bei nicht durch vier (4) teilbaren Schaufelzahlen (n mod 4 ≠ 0 mit n: Schaufelzahl) ein in
Figur 8 gezeigtes Sicherungselementenpaar 46 als Verschluss ein- oder mehrfach verbaut. Denn bei durch nicht durch vier (4) teilbaren Schaufelzahlen entsteht zwischen den endseitigen und in Axialrichtung x gleich ausgerichteten Sicherungselementen 44, 44" zumindest eine Leernut. Die endseitigen Sicherungselemente 44, 44" sind somit in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und können nicht mehr mit einem identischen Sicherungselement 44' verbunden werden, da dessen Gegenhalter 28' eine zu kurze Quererstreckung y hat. - Das Sicherungselementenpaar 46 umfasst ein U-förmiges Sicherungselement 48, dessen beiden Stege 24' derart voneinander beabstandet sind, dass sich dessen Gegenhalter 28' über drei Leernuten erstrecken kann. Das U-förmige Sicherungselement 48 ist somit gegenüber dem U-förmigen Sicherungselement 44, 44', 44" nach den
Figuren 6 und7 in Querrichtung y verbreitert. Endseitig weisen die Stege 24' jeweils einen Halteabschnitt 26' mit einer Rastnase 30' auf. - Zur Sicherung der in der mittleren Leernut angeordneten Laufschaufel weist das Sicherungselementenpaar 46 ein etwa I-förmiges Sicherungselement 50 auf. Das I-förmige Sicherungselement 50 hat einen Steg 24"', der einen Halteabschnitt 26'" mit einer Rastnut 30'" hat. Anstelle eines Gegenhalters 28 weist das I-förmige Sicherungselement 50 einen endseitigen Körperabschnitt 52 auf. Der Körperabschnitt 52 ist gegenüber dem Steg 24'" in Hochrichtung z versetzt angeordnet und hat eine derartige Erstreckung beidseits des Stegs 24"', dass dieser im montierten Zustand an den Seitenflächen der Rotorscheibe anliegt.
- Im montierten Zustand ist das verbreiterte U-förmige Sicherungselement 48 in Axialrichtung x entgegengesetzt zu den endseitigen U-förmige Sicherungselementen 44, 44" orientiert und überbrückt die Leernut. Die Halteabschnitte 26', 26' des verbreiterten U-förmigen Sicherungselements 48 umgreifen die Gegenhalter 28, 28" der endseitigen Sicherungselemente 44, 44". Die Halteabschnitte 26, 26" der endseitigen Sicherungselemente 44, 44" umgreifen mit ihren Rastnasen 30, 30" den Gegenhalter 28' des verbreiterten U-förmigen Sicherungselements 48. Die Sicherungselemente 44, 44", 48 befinden sich nun im gegenseitigen Formschluss. Zur axialen Sicherung der in der Leernut angeordneten Laufschaufel ist das I-förmige Sicherungselement 50 entgegengesetzt zum verbreiterten U-förmigen Sicherungselement 48 in die Leernut eingesetzt. Es liegt mit seinem Körperabschnitt 52 seitlich der Leernut an den Seitenflächen der Rotorscheibe an und umgreift mit seinem Halteabschnitt 26'" und seiner Rastnase 30"' formschlüssig den Gegenhalter 28' des U-förmigen Sicherungselements.
- Die Sicherungselemente 22, 34, 36, 44, 48, 50 bestehen jeweils aus einem metallischen Werkstoff bzw. einer Metalllegierung. Die Gegenhalter 28 sind vorzugsweise entsprechend der Rotorscheibe in Querrichtung y der Sicherungselemente und somit in Umfangsrichtung der Rückhaltevorrichtung bzw. der Rotorscheibe bogenförmig.
- Offenbart ist eine Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe, die Schaufelfußaufnahmen zur radialen Führung der Laufschaufeln hat, mit einer Vielzahl von axialen Sicherungselementen, die jeweils zumindest einen Steg zur Positionierung in jeweils einer Schaufelfußaufnahme haben, wobei jeder Steg endseitig einen Halteabschnitt zur Herstellung einer Formschlussverbindung mit einem Gegenhalter eines anderen axialen Sicherungselementes hat, ein Verfahren zur axialen Sicherung von Laufschaufeln an einer Rotorscheibe sowie eine Strömungsmaschine.
-
- 1
- Laufschaufel
- 2
- Fuß
- 4
- Nut
- 6
- Rotorscheibe
- 8
- Sicherungselement
- 10
- Steg
- 12
- Sicherungsabschnitt
- 14
- Sicherungsabschnitt
- 16
- vordere Scheibenfläche
- 18
- hintere Scheibenfläche
- 20
- Sicherungselementenpaar
- 22, 22'
- Sicherungselement
- 24, 24', 24"
- Steg
- 26, 26', 26"
- Halteabschnitt
- 28, 28', 28"
- Gegenhalter
- 30, 30', 30"
- Rastnase
- 32
- Sicherungselementenpaar
- 34
- Sicherungselement
- 36
- Sicherungselement
- 38
- Armhälfte
- 40
- Armhälfte
- 42
- Sicherungselementenkette
- 44, 44', 44"
- Sicherungselement
- 46
- Sicherungselementenpaar
- 48
- Sicherungselement
- 50
- Sicherungselement
- 52
- Körperabschnitt
- x
- Axialrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Hochrichtung
Claims (11)
- Rückhaltevorrichtung für Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe, die Schaufelfußaufnahmen zur Anordnung der Laufschaufeln hat, mit einer Vielzahl von axialen Sicherungselementen (22, 34, 36, 44, 48, 50) die jeweils zumindest einen Steg (24) zur Positionierung in einer Schaufelfußaufnahme haben, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steg (24) endseitig einen Halteabschnitt (26) zur Herstellung einer Formschlussverbindung mit einem Gegenhalter (28) eines entgegengesetzten axialen Sicherungselements (22, 34, 36, 44, 48, 50) hat.
- Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Halteabschnitte (26) schmaler als die Schaufelfußaufnahmen im Anordnungsbereich der Sicherungselemente (22, 34, 36, 44, 48, 50) sind und eine Montagestellung sowie eine Sicherungsstellung haben.
- Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gegenhalter (28) in Hochrichtung (z) der Sicherungselemente (22, 34, 36, 44, 48, 50) versetzt sind und eine sich in Querrichtung (y) der Sicherungselemente (22, 34, 36, 44, 48, 50) erstreckende längliche Gestalt haben, wobei sie eine derartige Erstreckung haben, dass sie sich im montierten Zustand über zumindest eine benachbarte Schaufelfußaufnahme hinaus erstrecken.
- Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 3, wobei zumindest zwei Sicherungselemente (22, 22') ein Sicherungselementenpaar (20) bilden und jeweils einen Steg (24, 24') aufweisen, von dem sich ein Gegenhalter (28, 28') einseitig in Querrichtung (y) erstreckt.
- Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei zumindest zwei Sicherungselemente (34, 36) ein Sicherungselementenpaar (32) bilden, von denen das eine Sicherungselement (34) einen Steg (24) mit einem sich beidseits des Stegs (24) erstreckenden Gegenhalter (28) hat, und das andere Sicherungselement (36) zwei voneinander beabstandete Stege (24') hat, die durch einen Gegenhalter (28') miteinander verbunden.
- Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 3, wobei zumindest einige Sicherungselemente (44') jeweils zwei Stege (24') aufweisen, die durch einen Gegenhalter (28') miteinander verbunden sind und derart voneinander beabstandet sind, dass zwei entgegengesetzte Sicherungselemente (44, 44") mit jeweils einem Steg (24, 24") zwischen den Stegen (24') positionierbar sind.
- Rückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 6, wobei zumindest ein U-förmiges Sicherungselement (48) zwei Stege (24') aufweist, die durch einen Gegenhalter (28') miteinander verbunden sind und zumindest ein I-förmiges Sicherungselement (46) mit einem Steg (24"') vorgesehen ist, das anstelle eines Gegenhalters (28) einen Körperabschnitt (52) hat, der breiter als die jeweilige Schaufelfußaufnahme im Anordnungsbereich des Sicherungselements (46) ist und im montierten Zustand frei von einem Eingriff eines Halteabschnittes (26) ist, wobei die Stege (24') des U-förmigen Sicherungselements (48) derart voneinander beabstandet sind, dass zwei entgegengesetzte Sicherungselemente (44, 44") mit jeweils einem Steg (24, 24') und das I-förmige Sicherungselement (46) mit seinem Steg (24"') zwischen ihnen positionierbar ist.
- Rückhaltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halteabschnitte (26) jeweils eine Rastnase (30) zum Umgreifen des jeweiligen Gegenhalters (28') haben.
- Verfahren zur axialen Sicherung von Laufschaufeln einer Strömungsmaschine an einer Rotorscheibe, die mit ihren Füßen in axialen Schaufelfußaufnahmen der Rotorscheibe eingesetzt sind, wobei Sicherungselemente (22, 34, 36, 44, 48, 50) in den Schaufelfußaufnahmen eingesetzt werden, die durch zumindest einen Formschluss miteinander verbunden werden.
- Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Sicherungselemente (22, 34, 36, 44, 48, 50) durch einen gegenseitigen Formschluss miteinander verbunden werden.
- Strömungsmaschine mit einer beschaufelten Rotorscheibe, deren Laufschaufeln in ihren Schaufelfußaufnahmen eingesetzt und durch eine Rückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in axialer Richtung gesichert sind.
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