EP3246529B1 - Leitschaufel, zugehöriger leitschaufelkranz und montageverfahren - Google Patents

Leitschaufel, zugehöriger leitschaufelkranz und montageverfahren Download PDF

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EP3246529B1
EP3246529B1 EP17159405.4A EP17159405A EP3246529B1 EP 3246529 B1 EP3246529 B1 EP 3246529B1 EP 17159405 A EP17159405 A EP 17159405A EP 3246529 B1 EP3246529 B1 EP 3246529B1
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EP
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guide vane
region
receptacle
guide
disk
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Frank Stiehler
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MTU Aero Engines AG
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    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/71—Shape curved

Definitions

  • the invention relates to a guide vane for a vane ring of a turbomachine, a vane ring for a turbomachine and a method for mounting a vane ring.
  • Turbomachines such as aircraft engines and stationary gas turbines often have at least one compressor-side guide vane row with a plurality of guide vanes for setting optimum operating conditions.
  • the vane row forms an inner ring with a so-called vane ring.
  • the guide vanes are pivotable about their longitudinal axis.
  • a radially outer bearing of the vanes on a housing or housing part and a pivoting of the vanes can be done on outer vanes on the vanes and possibly adjoining adjustment pins that are used in associated receptacles of the housing and cooperate with a corresponding adjustment on the outer housing can.
  • the inner ring preferably has a plurality of receptacles extending in the radial direction, in each of which a guide plate of a guide vane is or can be inserted.
  • Such an (inner) stator blade serves to stabilize or a radially inner bearing of the guide vanes;
  • radial and axial refer in this document - unless otherwise stated - always on a central geometric axis of the inner ring, which is not always specially formulated for readability.
  • a vane plate may have a journal, and the receptacle may be configured to receive the trunnion together with a mating sleeve.
  • a seal carrier is preferably guided, which is provided with sealing elements or Einlaufbelegen, facing the rotor-side sealing ribs.
  • the assembly of the vanes on the inner ring is usually carried out after the outer stator blade and associated adjustment pins of the vanes are pre-assembled on the housing.
  • the inner stator blade can be used or threaded in this position in the receptacles of the inner ring, there is for the design of the inner ring various concepts:
  • the inner ring may comprise two part rings to be assembled in the axial direction and / or divided into ring segments.
  • integral inner rings are preferred in the axial direction, forming the monolithic enclosures of the individual recordings.
  • Such inner rings may be divided into two or more ring segments; it is advantageous, e.g. a division into two half rings.
  • Suitably shaped inner guide blade plates thereby enable or simplify threading of the respective guide blades into such an inner ring.
  • a vane with an inner vane plate known on the peripheral side of a chamfer is formed; this allows for the insertion of the guide plate in a circular cylindrical recording a slight inclination of the vane relative to the inner ring, which can be stretched for threading and thereby temporarily curved beyond its normal shape going out.
  • Such a chamfer also requires a relatively large cavity between an inserted guide blade plate and a wall of the receptacle; Such a cavity, in turn, may favor disadvantageous leakage, especially in unfavorable storage positions of the guide vane.
  • US 2010/232936 A1 shows an adjustable vane with an airfoil and a blade plate and a pin, both of which are provided for receiving in an inner ring.
  • the blade plate with a cover surface facing the blade leaf and a base surface facing away from the blade leaf in this case has an edge surface with a completely circumferential bevel on its base.
  • US 2013/195651 A1 describes an adjustable vane with a provided for use in a receptacle of an inner ring paddle and blade pin.
  • the blade plate has a top surface with a surface adapted to the annular space and a substantially straight running surface facing away from the flow channel.
  • At the base there is arranged a small chamfer which completely revolves with respect to the total area of the base.
  • EP 2 696 041 A1 relates to a vane with a blade plate and a blade pin, which serve for receiving in a socket in an inner ring.
  • the blade plate on its top surface on a slope which forms part of the annular space.
  • US 2004/109762 A1 relates to a vane with a blade plate and a blade pin, which serve for receiving in an inner ring.
  • the blade plate has on its top surface a slope which forms part of the annular space.
  • the present invention has for its object to provide a technique that allows easy mounting of a vane ring while minimizing leakage susceptibility.
  • a guide vane according to the invention for a vane ring of a turbomachine comprises an airfoil and a stator vane, with which the vane can be mounted on an inner ring (preferably pivotably).
  • the guide plate has a top surface facing the airfoil, a base surface opposite the top surface, and an edge surface connecting the top surface and the bottom surface. In a first region, the edge surface forms a chamfer of the stator blade, whereas in a second region it extends along (a portion) of a cylinder jacket surface.
  • the first region of the edge surface is bounded by a different sector of the guide plate than the second region; During one revolution of the guide disk disk along the guide blade disk edge (or the edge surface), the first and second regions are thus successively passed.
  • the guide blade plate is thus rotationally asymmetrically shaped (relative to a longitudinal axis of the guide blade).
  • the edge surface may e.g. be smooth (ie edge-free) be formed or composed of two or more surfaces that can be separated from each other by at least one edge.
  • the chamfer is preferably formed so that the guide blade plate tapers from the top surface to the base surface;
  • the base surface is preferably smaller than the top surface.
  • the top surface and edge surface abut each other at an edge formed as an ellipse or (even) as a circle.
  • the bevel caused by the chamfer allows insertion of the vane in the inclined state in an associated receptacle in the inner ring; this preferably has a size suitable for the top surface of the vane ring (so that after insertion of the vane plate between its top surface and a radially outer surface of the inner ring, preferably a gap of at most 0.5 mm, more preferably at most 0.3 mm width occurs).
  • the receptacle is preferably circular-cylindrical or formed as a section of a straight circular cylinder.
  • the guide blade plates can also be sunk into a plurality of (with respect to the inner ring) radially arranged and preassembled on the outer housing guide vanes in the respective receptacles, because can be dispensed with an exactly vertical insertion.
  • the leakage between the receptacle and the inserted guide plate is kept low because the bevel is formed only in a portion of the circumference of the guide plate (which is referred to in this document as a "first" area):
  • second "area is called
  • the second region preferably extends from the top surface to the bottom surface.
  • the edge surface of a stator blade of a guide blade according to the invention in the second region preferably comprises straight line sections which run parallel to the longitudinal axis of the guide blade, for example the edge surface may be perpendicular to the base surface in the second region.
  • This second area is set up after the onset of the Guide plate in a receptacle of an inner ring (which may have been made, for example, by means of a bore) to be adapted to its (a cylindrical surface forming) wall, which minimizes the leakage in this area.
  • An inventive vane ring comprises an inner ring and at least one guide vane according to the invention according to one of the embodiments disclosed in this document.
  • the inner ring is preferably integral, that is to say has a plurality of receptacles for one guide plate each of which is formed (for example as a bore) in a monolithic component.
  • the inner ring may comprise two or more ring segments.
  • the edge surface of the at least one guide blade in the second region nestles flat against a wall of the associated receptacle;
  • a "flat nestling” is understood as meaning a substantially conformal course of the surfaces in contact with one another or at a distance of at most 0.5 mm, more preferably at most 0.3 mm.
  • An inventive method is used to mount a vane ring. It comprises insertion (or threading) of a plurality of (preferably similar) guide vanes according to the invention into respective receptacles in an inner ring.
  • the vanes are each formed according to one of the embodiments disclosed in this document.
  • the first region of the edge surface of the respective guide plate projects further into the receptacle in the inclined position (radially) than the second region formed along a cylindrical surface;
  • the second region of the edge surface may protrude further into the receptacle than the first region.
  • the threading or insertion thus preferably comprises a chamfer in which an edge between the base surface of the guide plate and the edge surface in the first (alternatively: in the second) area is lowered into the receptacle, while (at the same time) an (eg opposite) edge between the top surface and the edge surface in the second (alternatively: in the first) area outside (or above) of the receptacle protrudes beyond the radially outer inner ring surface.
  • a particularly efficient implementation makes possible an embodiment in which all the guide vanes are inclined one after the other or simultaneously identically and / or in the same way with respect to their respective receptacle.
  • the edge surface in the first region has a circulation angle which lies in an interval of 20 ° to 170 ° (ie is at least 20 ° and at most 170 °).
  • the "angle of rotation” is the angle through which the edge surface (in relation to the inner ring to be radially arranged or arranged) longitudinal axis of the guide vane in a cross section (orthogonal to the longitudinal axis) rotates.
  • a circulation angle in such a range allows on the one hand a simple insertion of the guide plate into a corresponding receptacle, on the other hand is reduced by the upper barrier for the circulation angle disadvantageous leakage.
  • the edge surface preferably has a circumferential angle of at least 180 ° (defined analogously to above).
  • the second region of the edge surface thus comprises a circular arc which has an angle of at least 180 ° as the center angle.
  • the edge surface of at least one half of the guide plate thus extends along a cylindrical surface, which in the mounted state allows a slight leakage between an associated (also cylindrically shaped) receptacle in the inner ring.
  • the top surface of the vane plate has a diameter which is greater than a (mean) thickness of the vane plate, ie as a (mean) extension of the vane plate in the direction of the longitudinal axis of the vane (Eg, a length of a running in the stator blade between the top and bottom surface portion of the longitudinal axis of the vane).
  • Such a journal is preferably formed substantially as a straight circular cylinder whose base has a diameter which is smaller than the diameter of the top surface of the guide plate.
  • the diameter of the base of the circular cylindrical shaped journal is smaller than its height, preferably at most 2/3 of the height.
  • FIG. 1 is a perspective view of a portion of a vane 10 is shown, which is pivotally mounted about a longitudinal axis A in a receptacle 21 of an (shown only in one section) inner ring 20.
  • a receptacle 21 of an (shown only in one section) inner ring 20 For better understanding, an insight into the receptacle 21 is shown in the illustration; the receptacle is designed as a straight circular cylinder, its central axis extends in the radial direction (of the inner ring) in the inner ring.
  • the vane 10 has an airfoil 11 and a stator blade 12.
  • the vane plate 12 has a diameter D and an average thickness (or height) H (as Length of the section of the longitudinal axis A) running in the guide plate between the top and bottom surfaces, which is smaller than the diameter.
  • the guide plate also has a blade 11 facing the top surface 14, one in the FIG. 1 concealed base surface and an edge surface 15 connecting the cover surface and the base surface.
  • the cover surface and the base surface are inclined relative to one another; in alternative embodiments, these surfaces may lie parallel to one another.
  • the edge surface 15 forms a chamfer 16, in which the guide blade plate tapers in the direction of the base surface.
  • the chamfer 16 allows during insertion of the guide plate into the receptacle 21, a tendency of the guide vane relative to the receptacle 21 in the inner ring 20 in the direction of the area B 1 . This simplifies the threading of the pre-assembled in the outer housing vane in the receptacle 21st
  • the guide plate is formed so that the edge region extends in a second region B 2 along a cylindrical surface. It nestles against the correspondingly shaped wall of the receptacle 21, so that a gap and thus leakage in this area is minimized.
  • FIG. 2 shows an alternative vane 10 'having an airfoil 11 and a stator blade 12.
  • the guide blade plate has on its side facing away from the blade 11 a base surface 17, and the FIG. 2 shows the vane 10 'in a perspective of the base 17 in the direction of a longitudinal axis of the vane 10' (relative to an inner ring in which the vane is to be inserted, ie radially outward).
  • the edge surface 15 extends along a cylindrical surface.
  • the vane 10 has on the base surface 17 of the guide plate on a bearing journal 13 which extends cylindrically in the direction of a longitudinal axis of the guide vane; in the
  • FIG. 2 Due to the perspective, only one base of the journal can be seen. Their diameter d is smaller than the diameter D of the guide plate 12th
  • a guide blade 10, 10 'for a guide vane ring of a turbomachine has an airfoil and, for its storage on an inner ring 20, a stator blade 12.
  • the edge surface forms a chamfer 16 of the guide blade plate
  • the guide blade plate has a cover surface 14 facing the airfoil, a base surface 17 opposite the cover surface and an edge surface 15 connecting the cover surface 2 , which borders a different sector of the guide plate than the first region B 2 , the edge surface extends along a cylindrical surface.
  • One method is for mounting a vane ring. It comprises inserting a plurality of guide vanes 10, 10 'in respective seats 21 in an inner ring 20. The guide vanes are each temporarily brought into a position inclined to the respective receptacle.

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine, einen Leitschaufelkranz für eine Strömungsmaschine und ein Verfahren zum Montieren eines Leitschaufelkranzes.
  • Strömungsmaschinen wie Flugzeugtriebwerke und stationäre Gasturbinen haben zur Einstellung optimaler Betriebsbedingungen häufig mindestens eine verdichterseitige Leitschaufelreihe mit einer Vielzahl von Leitschaufeln. Die Leitschaufelreihe bildet mit einem Innenring einen sogenannten Leitschaufelkranz. Vorzugsweise sind dabei die Leitschaufeln um ihre Längsachse verschwenkbar.
  • Eine radial äußere Lagerung der Leitschaufeln an einem Gehäuse oder Gehäuseteil sowie eine Verschwenkung der Leitschaufeln kann über äußere Leitschaufelteller an den Leitschaufeln und sich ggf. daran jeweils anschließende Verstellzapfen erfolgen, die in zugehörige Aufnahmen des Gehäuses eingesetzt werden und mit einer entsprechenden Verstelleinrichtung am äußeren Gehäuse zusammenwirken können.
  • Der Innenring weist vorzugsweise eine Mehrzahl an sich in radialer Richtung erstreckenden Aufnahmen auf, in die jeweils ein Leitschaufelteller einer Leitschaufel eingesetzt ist bzw. werden kann. Ein derartiger (innerer) Leitschaufelteller dient einer Stabilisierung bzw. einer radial inneren Lagerung der Leitschaufeln; die Bezeichnungen "radial" und "axial" beziehen sich in dieser Schrift - sofern nichts anderes angegeben ist - stets auf eine zentrale geometrische Achse des Innenrings, was zur besseren Lesbarkeit nicht immer extra ausformuliert ist. An der der Leitschaufel gegenüber liegenden Seite kann ein Leitschaufelteller einen Lagerzapfen aufweisen, und die Aufnahme kann dazu eingerichtet sein, den Lagerzapfen zusammen mit einer zugehörigen Buchse aufzunehmen. Am Innenring ist vorzugsweise ein Dichtungsträger geführt, der mit Dichtelementen bzw. Einlaufbelegen versehen ist, denen rotorseitige Dichtrippen gegenüberliegen.
  • Die Montage der Leitschaufeln am Innenring erfolgt üblicherweise, nachdem die äußeren Leitschaufelteller und zugehörigen Verstellzapfen der Leitschaufeln am Gehäuse vormontiert sind. Damit die inneren Leitschaufelteller in dieser Stellung in die Aufnahmen des Innenrings eingesetzt bzw. eingefädelt werden können, gibt es für die Ausgestaltung des Innenrings verschiedene Konzepte: Insbesondere kann der Innenring zwei in axialer Richtung zusammenzusetzende Teilringe umfassen und/oder in Ringsegmente geteilt sein.
  • In axialer Richtung zusammenzusetzende Teilringe sind dabei nachteilig in Bezug auf die Stabilität des Innenrings. Aufgrund der sich über den Umfang des Innenrings erstreckenden Trennfuge beeinträchtigen sie zudem eine genaue Positionierung von Dichtelementen bzw. Einlaufbelägen und begünstigen eine Leckage.
  • Häufig werden deshalb in axialer Richtung ungeteilte, sogenannte "integrale" Innenringe vorgezogen, die monolithische Einfassungen der einzelnen Aufnahmen ausbilden. Derartige Innenringe können in zwei oder mehr Ringsegmente aufgeteilt sein; vorteilhaft ist z.B. eine Aufteilung in zwei Halbringe.
  • Geeignet geformte innere Leitschaufelteller ermöglichen bzw. vereinfachen dabei eine Einfädelung der jeweiligen Leitschaufeln in einen derartigen Innenring. Insbesondere ist aus der Druckschrift DE 10 2009 004 933 A1 eine Leitschaufel mit einem inneren Leitschaufelteller bekannt, an dessen Umfangsseite eine Fase ausgebildet ist; dies erlaubt beim Einsetzen des Leitschaufeltellers in eine kreiszylindrisch ausgebildete Aufnahme eine leichte Schrägstellung der Leitschaufel gegenüber dem Innenring, der für das Einfädeln gespannt und dabei vorübergehend lokal über seine Normalform hinausgehend gekrümmt werden kann.
  • Eine derartige Fase bedingt jedoch auch einen relativ großen Hohlraum zwischen einem eingesetzten Leitschaufelteller und einer Wandung der Aufnahme; ein derartiger Hohlraum wiederum kann insbesondere in ungünstigen Lagerungsstellungen der Leitschaufel eine nachteilige Leckage begünstigen.
  • US 2010/232936 A1 zeigt eine verstellbare Leitschaufel mit einem Schaufelblatt sowie einem Schaufelteller und einem Zapfen, die beide zur Aufnahme in einem Innenring vorgesehen sind. Der Schaufelteller mit einer dem Schaufelblatt zugewandten Deckfläche und einer dem Schaufelblatt abgewandten Grundfläche weist dabei eine Randfläche mit einer gänzlich umlaufenden Fase an seiner Grundfläche auf.
  • US 2013/195651 A1 beschreibt eine verstellbare Leitschaufel mit einem zum Einsatz in eine Aufnahme eines Innenrings vorgesehenen Schaufelteller und Schaufelzapfen. Der Schaufelteller weist eine Deckfläche mit einer an den Ringraum angepassten Oberfläche und eine im Wesentlichen gerade verlaufende dem Strömungskanal abgewandte Grundfläche auf. An der Grundfläche ist eine in Bezug auf die Gesamtfläche der Grundfläche gänzlich umlaufende kleine Fase angeordnet.
  • EP 2 696 041 A1 betrifft eine Leitschaufel mit einem Schaufelteller und einem Schaufelzapfen, die zur Aufnahme in einer Buchse in einem Innenring dienen. In der schematischen Darstellung weist der Schaufelteller an seiner Deckfläche eine Schräge auf, die einen Teil des Ringraums bildet.
  • US 2004/109762 A1 betrifft eine Leitschaufel mit einem Schaufelteller und einem Schaufelzapfen, die zur Aufnahme in einem Innenring dienen. Der Schaufelteller weist an seiner Deckfläche eine Schräge auf, die einen Teil des Ringraums bildet.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Technik bereitzustellen, die eine einfache Montage eines Leitschaufelkranzes ermöglicht und dabei eine Leckageanfälligkeit minimiert.
  • Die Aufgabe wird gelöst von einer Leitschaufel gemäß Anspruch 1, einem Leitschaufelkranz gemäß Anspruch 5 und einem Verfahren gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung offenbart.
  • Eine erfindungsgemäße Leitschaufel für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine umfasst ein Schaufelblatt sowie einen Leitschaufelteller, mit dem die Leitschaufel an einem Innenring (vorzugsweise verschwenkbar) gelagert werden kann. Der Leitschaufelteller hat eine dem Schaufelblatt zugewandte Deckfläche, eine der Deckfläche gegenüberliegende Grundfläche und eine die Deck- und die Grundfläche verbindende Randfläche. In einem ersten Bereich bildet die Randfläche eine Fase des Leitschaufeltellers aus, wohingegen sie in einem zweiten Bereich entlang (einem Abschnitt) einer Zylindermantelfläche verläuft. Der erste Bereich der Randfläche berandet einen anderen Sektor des Leitschaufeltellers als der zweite Bereich; bei einem Umlauf des Leitschaufeltellers entlang dem Leitschaufeltellerrand (bzw. der Randfläche) werden somit nacheinander der erste und der zweite Bereich passiert. Insbesondere ist der Leitschaufelteller somit (bezogen auf eine Längsachse der Leitschaufel) rotations-asymmetrisch geformt.
  • Die Randfläche kann z.B. glatt (also kantenfrei) ausgebildet sein oder aus zwei oder mehr Flächen zusammengesetzt sein, die voneinander durch mindestens eine Kante getrennt sein können.
  • Die Fase ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich der Leitschaufelteller von der Deckfläche zur Grundfläche hin verjüngt; insbesondere ist die Grundfläche vorzugsweise kleiner als die Deckfläche. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stoßen die Deckfläche und Randfläche an einer Kante aneinander, die als Ellipse oder (sogar) als Kreis ausgebildet ist.
  • Die durch die Fase bedingte Schräge ermöglicht ein Einsetzen der Leitschaufel in geneigtem Zustand in eine zugehörige Aufnahme im Innenring; diese hat vorzugsweise eine zur Deckfläche des Leitschaufeltellers passende Größe (so dass nach einem Einsetzen des Leitschaufeltellers zwischen dessen Deckfläche und einer radial äußeren Oberfläche des Innenrings vorzugsweise ein Spalt von höchstens 0,5 mm bevorzugter höchstens 0,3 mm Breite auftritt). Die Aufnahme ist vorzugsweise kreiszylindrisch bzw. als Abschnitt eines geraden Kreiszylinders ausgebildet.
  • Aufgrund der jeweiligen Fase können die Leitschaufelteller auch einer Mehrzahl an (in Bezug auf den Innenring) radial angeordneten und am Außengehäuse vormontierten Leitschaufeln in den jeweiligen Aufnahmen versenkt werden, weil auf ein genau lotrechtes Einsetzen verzichtet werden kann. Dennoch wird erfindungsgemäß die Leckage zwischen der Aufnahme und dem eingesetzten Leitschaufelteller gering gehalten, weil die Fase nur in einem Teilbereich des Umfangs des Leitschaufeltellers ausgebildet ist (der in dieser Schrift als "erster" Bereich bezeichnet wird): In einem anderen Teilbereich (der hier "zweiter" Bereich genannt wird) verläuft die Randfläche entlang der Mantelfläche eines Zylinders, vorzugsweise eines geraden Kreiszylinders. In Richtung parallel zur Längsachse der Leitschaufel erstreckt sich der zweite Bereich vorzugsweise von der Deck- bis zur Grundfläche. Insbesondere umfasst die Randfläche eines Leitschaufeltellers einer erfindungsgemäßen Leitschaufel im zweiten Bereich vorzugsweise Geradenstücke, die parallel zur Längsachse der Leitschaufel verlaufen, beispielsweise kann die Randfläche im zweiten Bereich senkrecht zur Grundfläche stehen. Dieser zweite Bereich ist dazu eingerichtet, sich nach dem Einsetzen des Leitschaufeltellers in eine Aufnahme eines Innenrings (die z.B. mittels einer Bohrung gefertigt worden sein kann) an dessen (eine Zylindermantelfläche ausbildende) Wandung anzuschmiegen, was die Leckage in diesem Bereich minimiert.
  • Ein erfindungsgemäßer Leitschaufelkranz umfasst einen Innenring sowie mindestens eine erfindungsgemäße Leitschaufel gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen. Der Innenring ist dabei vorzugsweise integral, weist also eine Mehrzahl an Aufnahmen für je einen Leitschaufelteller auf, die jeweils (z.B. als Bohrung) in einem monolithischen Bauteil ausgebildet sind. Der Innenring kann zwei oder mehr Ringsegmente umfassen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leitschaufelkranzes schmiegt sich die Randfläche der mindestens einen Leitschaufel im zweiten Bereich flächig an eine Wandung der zugehörigen Aufnahme an; als "flächiges Anschmiegen" wird in dieser Schrift ein im Wesentlichen konformer Verlauf der Flächen in Kontakt miteinander oder in einem Abstand von höchstens 0,5 mm, bevorzugter höchstens 0,3 mm verstanden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient einem Montieren eines Leitschaufelkranzes. Es umfasst ein Einsetzen (bzw. Einfädeln) einer Mehrzahl an (vorzugsweise gleichartigen) erfindungsgemäßen Leitschaufeln in jeweilige Aufnahmen in einem Innenring. Die Leitschaufeln sind jeweils gemäß einer der in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen ausgebildet. Beim Einsetzen werden die Leitschaufeln und die jeweiligen Aufnahmen vorübergehend gegeneinander geneigt, so dass die Grundfläche (auf der dem Schaufelblatt abgewandten Seite des) zugehörigen einzusetzenden Leitschaufeltellers vorübergehend schräg zu einer (die Aufnahme radial nach innen begrenzenden) Bodenfläche der Aufnahme steht. Das Neigen kann durch lokales Deformieren des Innenrings oder durch Auslenkung der jeweiligen im Gehäuse vormontierten Leitschaufel erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ragt der erste Bereich der Randfläche des jeweiligen Leitschaufeltellers (der eine Fase aufweist) in der geneigten Stellung (radial) weiter in die Aufnahme hinein als der entlang einer Zylindermantelfläche ausgebildete zweite Bereich; alternativ kann umgekehrt der zweite Bereich der Randfläche weiter in die Aufnahme hineinragen als der erste Bereich.
  • Das Einfädeln bzw. Einsetzen umfasst somit vorzugsweise eine Fase, in der eine Kante zwischen der Grundfläche des Leitschaufeltellers und der Randfläche im ersten (alternativ: im zweiten) Bereich in die Aufnahme hinein abgesenkt ist, während (gleichzeitig) eine (z.B. gegenüberliegende) Kante zwischen der Deckfläche und der Randfläche im zweiten (alternativ: im ersten) Bereich außerhalb (bzw. oberhalb) der Aufnahme über die radial äußere Innenringoberfläche hinausragt. Mittels einer Drehbewegung von Aufnahme und Leitschaufel gegeneinander kann danach die Grundfläche des Leitschaufeltellers flächig auf eine Bodenfläche des Aufnahme aufgesetzt und damit der Einsetzvorgang abgeschlossen werden.
  • Eine besonders effiziente Durchführung ermöglicht eine Ausführungsform, bei der alle Leitschaufeln nacheinander oder simultan gleichartig und/oder auf die gleiche Weise gegenüber ihrer jeweiligen Aufnahme geneigt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Randfläche im ersten Bereich einen Umlaufwinkel auf, der in einem Intervall von 20° bis 170° liegt (also mindestens 20° und höchstens 170° beträgt). Als "Umlaufwinkel" wird dabei der Winkel bezeichnet, um den die Randfläche die (bezogen auf den Innenring radial anzuordnende oder angeordnete) Längsachse der Leitschaufel in einem Querschnitt (orthogonal zur Längsachse) umläuft. Ein Umlaufwinkel in einem derartigen Bereich ermöglicht einerseits ein einfaches Einsetzen des Leitschaufeltellers in eine entsprechende Aufnahme, andererseits wird durch die obere Schranke für den Umlaufwinkel eine nachteilige Leckage reduziert.
  • Im zweiten Bereich weist die Randfläche vorzugsweise einen (analog zu oben definierten) Umlaufwinkel von mindestens 180° auf. Der zweite Bereich der Randfläche umfasst somit einen Kreisbogen, der einen Winkel von mindestens 180° als Mittelpunktswinkel hat. Die Randfläche wenigstens einer Hälfte des Leitschaufeltellers verläuft damit entlang einer Zylindermantelfläche, was im montierten Zustand eine geringe Leckage zwischen einer zugehörigen (ebenfalls zylindrisch ausgebildeten) Aufnahme im Innenring ermöglicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Deckfläche des Leitschaufeltellers einen Durchmesser, der größer ist als eine (mittlere) Dicke des Leitschaufeltellers, d.h. als eine (mittlere) Erstreckung des Leitschaufeltellers in Richtung der Längsachse der Leitschaufel (z.B. eine Länge eines im Leitschaufelteller zwischen Deck- und Grundfläche verlaufenden Abschnitts der Längsachse der Leitschaufel).
  • An der dem Schaufelblatt abgewandten Seite des Leitschaufeltellers (an dessen Grundfläche) kann ein sich in Längsrichtung der Leitschaufel erstreckender Lagerzapfen angeordnet sein. Ein derartiger Lagerzapfen ist vorzugsweise im Wesentlichen als gerader Kreiszylinder geformt, dessen Grundfläche einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Durchmesser der Deckfläche des Leitschaufeltellers. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Durchmesser der Grundfläche des kreiszylindrisch geformten Lagerzapfens kleiner ist als seine Höhe, vorzugsweise höchstens 2/3 der Höhe. Damit kann eine besonders stabile Lagerung der Leitschaufel in einer entsprechenden Aufnahme des Innenrings erreicht werden.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können als dargestellt. Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente sind figurenübergreifend verwendet und werden ggf. nicht für jede Figur neu beschrieben.
  • Es zeigen schematisch:
    • Figur 1:
    einen Teil einer Leitschaufel mit einem erfindungsgemäßen inneren Leitschaufelteller und
    Figur 2:
    eine erfindungsgemäße Leitschaufel, betrachtet vom inneren Leitschaufelteller in Richtung einer Längsachse einer Leitschaufel.
  • In Figur 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Abschnitt einer Leitschaufel 10 dargestellt, die um eine Längsachse A verschwenkbar in eine Aufnahme 21 eines (nur in einem Abschnitt gezeigten) Innenrings 20 eingesetzt ist. Zum besseren Verständnis wird dabei in der Darstellung ein Einblick in die Aufnahme 21 gezeigt; die Aufnahme ist dabei als gerader Kreiszylinder ausgebildet, ihre zentrale Achse erstreckt sich in radialer Richtung (des Innenrings) in den Innenring.
  • Die Leitschaufel 10 weist ein Schaufelblatt 11 und einen Leitschaufelteller 12 auf. Der Leitschaufelteller 12 hat einen Durchmesser D und eine mittlere Dicke (bzw. Höhe) H (als Länge des im Leitschaufelteller zwischen Deck- und Grundfläche verlaufenden Abschnitts der Längsachse A), die kleiner ist als der Durchmesser. Der Leitschaufelteller weist ferner eine dem Schaufelblatt 11 zugewandte Deckfläche 14 auf, eine in der Figur 1 verdeckte Grundfläche und eine die Deck- und die Grundfläche verbindende Randfläche 15. Im gezeigten Beispiel sind die Deck- und die Grundfläche gegeneinander geneigt ausgebildet, in alternativen Ausführungsformen können diese Flächen parallel zueinander liegen.
  • In einem ersten Bereich B1 bildet die Randfläche 15 eine Fase 16 aus, in der sich der Leitschaufelteller in Richtung der Grundfläche verjüngt. Die Fase 16 ermöglicht während eines Einsetzens des Leitschaufeltellers in die Aufnahme 21 eine Neigung der Leitschaufel gegenüber der Aufnahme 21 im Innenring 20 in Richtung des Bereichs B1. Dies vereinfacht das Einfädeln der im äußeren Gehäuse vormontierten Leitschaufel in die Aufnahme 21.
  • Aufgrund der Fase 17 tritt zwischen einer inneren Wandung der Aufnahme 21 und der Randfläche 15 im Bereich B1 allerdings ein Hohlraum 30 auf, der eine Leckage begünstigt. Um diese Leckage gering zu halten, ist der Leitschaufelteller so ausgebildet, dass der Randbereich in einem zweiten Bereich B2 entlang einer Zylindermantelfläche verläuft. Dabei schmiegt sie sich an die entsprechend geformte Wandung der Aufnahme 21 an, so das ein Zwischenraum und damit eine Leckage in diesem Bereich minimiert wird.
  • Die Figur 2 zeigt eine alternative Leitschaufel 10', die ein Schaufelblatt 11 und einen Leitschaufelteller 12 aufweist. Der Leitschaufelteller hat an seiner dem Schaufelblatt 11 abgewandten Seite eine Grundfläche 17, und die Figur 2 zeigt die Leitschaufel 10' in einer Perspektive von der Grundfläche 17 in Richtung einer Längsachse der Leitschaufel 10' (bezogen auf einen Innenring, in den die Leitschaufel einzusetzen ist, also radial nach außen). Eine Randfläche 16, die die Grundfläche 17 und die Deckfläche des Leitschaufeltellers miteinander verbindet, bildet in einem ersten Bereich B1 eine Fase aus, durch die sich der Leitschaufelteller 12 in Richtung der Grundfläche 17 verjüngt. In einem zweiten Bereich B2 hingegen verläuft die Randfläche 15 entlang einer Zylindermantelfläche. Dadurch kann nach einem Einsetzen des Leitschaufeltellers in eine entsprechend zylindrisch ausgebildete Aufnahme eines Innenrings eine Leckage gering gehalten werden.
  • Der erste Bereich B1 und der zweite Bereich B2 beranden voneinander verschiedene Sektoren des Leitschaufeltellers 12. Im ersten Bereich B1 weist die Randfläche einen Umlaufwinkel α auf, der kleiner ist als 180°; im zweiten Bereich B2 hingegen weist die Randfläche einen Umlaufwinkel β auf, der größer ist als 180°, wobei im gezeigten Beispiel β = 360°-α beträgt.
  • Die Leitschaufel 10' weist an der Grundfläche 17 des Leitschaufeltellers einen Lagerzapfen 13 auf, der sich zylindrisch in Richtung einer Längsachse der Leitschaufel erstreckt; in der
  • Figur 2 ist aufgrund der Perspektive lediglich eine Grundfläche des Lagerzapfens zu sehen. Deren Durchmesser d ist kleiner als der Durchmesser D des Leitschaufeltellers 12.
  • Eine Leitschaufel 10, 10' für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine weist ein Schaufelblatt sowie zu ihrer Lagerung an einem Innenring 20 einen Leitschaufelteller 12 auf. Der Leitschaufelteller hat eine dem Schaufelblatt zugewandte Deckfläche 14, eine der Deckfläche gegenüberliegende Grundfläche 17 und eine die Deck- und die Grundfläche verbindende Randfläche 15. In einem ersten Bereich B1 bildet die Randfläche eine Fase 16 des Leitschaufeltellers aus, und in einem zweiten Bereich B2, der einen anderen Sektor des Leitschaufeltellers berandet als der erste Bereich B2, verläuft die Randfläche entlang einer Zylindermantelfläche.
  • Ein Verfahren dient einem Montieren eines Leitschaufelkranzes. Es umfasst ein Einsetzen einer Mehrzahl an Leitschaufeln 10, 10' in jeweilige Aufnahmen 21 in einem Innenring 20. Dabei werden die Leitschaufeln jeweils vorübergehend in eine zur jeweiligen Aufnahme geneigte Stellung gebracht.
    • Bezugszeichen
    • 10, 10'
    Leitschaufel
    11
    Schaufelblatt
    12
    Leitschaufelteller
    13
    Zapfen
    14
    Deckfläche
    15
    Randfläche
    16
    Fase
    17
    Grundfläche
    20
    Innenring
    21
    Aufnahme
    A
    Längsachse der Leitschaufel
    B1
    erster Bereich der Randfläche
    B2
    zweiter Bereich der Randfläche
    d
    Durchmesser des Lagerzapfens
    D
    Durchmesser des Leitschaufeltellers
    H
    mittlere Dicke des Leitschaufeltellers
    α
    Umlaufwinkel des ersten Bereichs
    β
    Umlaufwinkel des zweiten Bereichs

Claims (11)

  1. Leitschaufel (10, 10') für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine, wobei die Leitschaufel ein Schaufelblatt (11) sowie zu ihrer Lagerung an einem Innenring (20) einen Leitschaufelteller (12) aufweist, wobei der Leitschaufelteller eine dem Schaufelblatt zugewandte Deckfläche (14), eine der Deckfläche gegenüberliegende Grundfläche (17) und eine die Deckfläche und die Grundfläche verbindende und umlaufende Randfläche (15) aufweist, wobei die Randfläche einen ersten Bereich (B1) und einen zweiten Bereich (B2) aufweist, die jeweils einen Sektor des Leitschaufeltellers beranden, wobei die Randfläche in dem ersten Bereich eine Fase (16) des Leitschaufeltellers ausbildet und in dem zweiten Bereich von der Deckfläche zur Grundfläche entlang einer Zylindermantelfläche verläuft,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine durch die Fase bedingte Schräge ein Einsetzen der Leitschaufel in geneigtem Zustand in eine zugehörige Aufnahme (21) im Innenring ermöglicht, und
    entweder dass in dem geneigten Zustand der erste Bereich des Leitschaufeltellers weiter in die Aufnahme hineinragt als der zweite Bereich des Leitschaufeltellers,
    oder aber dass in dem geneigten Zustand der zweite Bereich des Leitschaufeltellers,
    weiter in die Aufnahme hineinragt als der erste Bereich des Leitschaufeltellers.
  2. Leitschaufel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Randfläche im ersten Bereich einen Umlaufwinkel (α) aufweist, der in einem Intervall von 20° bis 170° liegt.
  3. Leitschaufel gemäß Anspruch 1, wobei die Randfläche im zweiten Bereich einen Umlaufwinkel von mindestens 180° aufweist.
  4. Leitschaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich an der Grundfläche des Leitschaufeltellers in Längsrichtung der Leitschaufel ein Lagerzapfen (13) erstreckt.
  5. Leitschaufelkranz mit einem Innenring (20) und mindestens einer Leitschaufel (10, 10') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die in eine zugehörige Aufnahme im Innenring eingesetzt ist.
  6. Leitschaufelkranz gemäß Anspruch 5, wobei sich die Randfläche der mindestens einen Leitschaufel im zweiten Bereich flächig an eine Wandung der zugehörigen Aufnahme anschmiegt.
  7. Verfahren zum Montieren eines Leitschaufelkranzes, das ein Einsetzen einer Mehrzahl an Leitschaufeln (10, 10') in jeweilige Aufnahmen (21) in einem Innenring (20) umfasst, wobei die Leitschaufeln ein Schaufelblatt (11) sowie zu ihrer Lagerung an dem Innenring (20) einen Leitschaufelteller (12) aufweisen, wobei der Leitschaufelteller eine dem Schaufelblatt zugewandte Deckfläche (14), eine der Deckfläch gegenüberliegende Grundfläche (17) und eine die Deckfläche und die Grundfläche verbindende und umlaufende Randfläche (15) aufweist, wobei die Randfläche einen ersten Bereich (B1) und einen zweiten Bereich (B2) aufweist, die jeweils einen Sektor des Leitschaufeltellers beranden, wobei die Randfläche in dem ersten Bereich eine Fase (16) des Leitschaufeltellers ausbildet und in dem zweiten Bereich von der Deckfläche zur Grundfläche entlang einer Zylindermantelfläche verläuft, wobei die Leitschaufeln beim Einsetzen jeweils vorübergehend in eine in Bezug auf die jeweilige Aufnahme geneigte Stellung gebracht werden, in der eine Grundfläche eines einzusetzenden Leitschaufeltellers der Leitschaufel schräg zu einer Bodenfläche der Aufnahme steht,
    dadurch gekennzeichnet,
    entweder dass in dem geneigten Zustand der erste Bereich des Leitschaufeltellers weiter in die Aufnahme hineinragt als der zweite Bereich des Leitschaufeltellers,
    oder aber dass in dem geneigten Zustand der zweite Bereich des Leitschaufeltellers,
    weiter in die Aufnahme hineinragt als der erste Bereich des Leitschaufeltellers.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Randfläche im ersten Bereich einen Umlaufwinkel (α) aufweist, der in einem Intervall von 20° bis 170° liegt.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Randfläche im zweiten Bereich einen Umlaufwinkel (β) von mindestens 180° aufweist.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei sich an der Grundfläche des Leitschaufeltellers in Längsrichtung der Leitschaufel ein Lagerzapfen (13) erstreckt.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Drehbewegung von Aufnahme und Leitschaufel gegeneinander die Grundfläche des Leitschaufeltellers flächig auf eine Bodenfläche der Aufnahme aufgesetzt wird.
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