CH697745B1

CH697745B1 - Kompressor mit verbundenen Schaufeleinheiten sowie Verfahren zur Verbindung benachbarter Schaufeleinheiten.

Info

Publication number: CH697745B1
Application number: CH01209/08A
Authority: CH
Inventors: Lisa Wichmann; Nick Martin
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2012-10-15
Also published as: DE102008002990A1; US7854583B2; CN101363457A; JP2009041563A; CN101363457B; US20090041580A1; CH697745A2; JP5265267B2

Abstract

Ein Kompressor mit einer Vielzahl von Schaufeleinheiten (20) wird vorgestellt, bei welchen jeweils zumindest ein Blatt (46) von der Basis (64) wegragt. Jede Basis (64) weist eine Nut (60) auf, so dass, wenn die Schaufeleinheiten (20) in Umfangsrichtung benachbart angeordnet sind, die Nuten (60) der jeweiligen Schaufeleinheiten (20) in Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Ein Metallstreifen ist in der Nut (60) einer Vielzahl von benachbarten Schaufeleinheiten (20) angeordnet, um die Schaufeleinheiten (20) zu verbinden. Die Schaufeleinheiten (20) sind so weniger anfällig für Schaufelbewegungen, z.B. solche, die durch Druckschwankungen innerhalb des Kompressors einer Gasturbine verursacht werden.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Kompressor-Schaufeleinheiten in einer Gasturbine für den industriellen Einsatz werden während der Start-Stopp-Zyklen belastet und wieder entlastet. Darüber hinaus unterliegen die Blätter bzw. Schaufeln der Schaufeleinheiten im Betrieb kleineren Druckschwankungen. Diese führen zu einer Relativbewegung zwischen dem Blatt bzw. der Schaufel und dem Gehäuse, in welchem die Blätter bzw. Schaufeln eingebaut sind. Dies verursacht Verschleiss der Hakenpassung an einer Basis und einem entsprechenden Gehäuseabschnitt, und kann letztlich zum Bruch führen. Ein Versagen entlang eines Teils der Schaufeleinheit-Hakenpassung verursacht ein Kippen eines Schaufeleinheit-Rings, was einen Strömungsweg erzeugt, der in der ursprünglichen Konstruktion nicht vorgesehen ist.

[0002] Bekannte Lösungen dieses Problems schliessen ein Pinning-Verfahren und ein Umreifungsverfahren ein. Das Pinning-Verfahren ist im US-Patent Nr. 6 984 108 offenbart, dessen gesamte Offenbarung durch diesen Verweis hierin aufgenommen ist. Das Pinning-Verfahren verwendet ein Stift-/ Loch-Verfahren, um benachbarte Schaufeleinheitenunter Bildung eines starren Rings aus Schaufeleinheiten zu verbinden. Das Umreifungsverfahren, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, sieht einen Streifen 10 vor, der zum Beispiel bei 12 an mehrere Schaufeleinheit-Basen 14 geschraubt wird, wodurch ein starres Ringsegment 16 gebildet wird. Dieses Befestigungsverfahren wird bereits seit mehr als zehn Jahren verwendet.

[0003] Es ist Aufgabe einen Kompressor und ein Verfahren zur Verbindung benachbarter Schaufeleinheiten innerhalb eines Kompressors bereitzustellen, bei welchen eine Verbindung zwischen mehreren Schaufeleinheiten geschaffen wird, um ein Kippen einer Schaufeleinheit in einer tangentialen Richtung zu verhindern.

[0004] Der erfindungsgemässe Kompressor umfasst: ein Gehäuse mit zumindest einem Schlitz, wobei der Schlitz ein Paar Seitenränder aufweist; eine Vielzahl in dem Schlitz angeordneter Schaufeleinheiten, wobei jede Schaufeleinheit eine Basis und zumindest ein von der Basis wegragendes Blatt aufweist, wobei die Basis ein Paar Montageränder, die einander gegenüberliegen und jeweils zu den Seitenrändern hinweisen, sowie ein Paar formschlüssiger Ränder für den formschlüssigen Kontakt mit benachbarten Basen von benachbarten Schaufeleinheiten aufweist, wobei sich eine erste Nut entlang eines ersten Montagerandes der Basis allgemein parallel zu einer oberen Oberfläche der Basis und ausgerichtet mit einer entsprechenden ersten Nut einer Basis einer benachbarten Schaufeleinheit erstreckt; und einen länglichen Streifen, der in der ersten Nut angeordnet ist und eine Länge aufweist, die grösser ist als eine Länge des Montagerandes, so dass er in den ersten Nuten von zumindest zwei benachbarten Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich diesen entlang erstrecken kann.

[0005] Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur Verbindung benachbarter Schaufeleinheiten innerhalb eines Kompressors. Das Verfahren umfassend die Schritte, dass: ein Gehäuse mit zumindest einem Schlitz vorgesehen wird, wobei der Schlitz ein Paar Seitenränder aufweist; eine Vielzahl von Schaufeleinheiten vorgesehen wird, wobei jede Schaufeleinheit eine Basis und zumindest ein von der Basis wegragendes Blatt aufweist, wobei die Basis ein Paar einander gegenüberliegender Montageränder sowie ein Paar formschlüssiger Ränder für den formschlüssigen Kontakt mit benachbarten Basen von benachbarten Schaufeleinheiten aufweist, wobei sich eine erste Nut entlang eines ersten Montagerandes der Basis allgemein parallel zu einer oberen Oberfläche der Basis und ausgerichtet mit einer entsprechenden ersten Nut einer Basis einer benachbarten Schaufeleinheit erstreckt; und ein länglicher Streifen in der ersten Nut angeordnet wird, der eine Länge aufweist, die grösser ist als eine Länge des Montagerandes, so dass er in den ersten Nuten von zumindest zwei benachbarten Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich diesen entlang erstrecken kann.

[0006] Somit schafft die Erfindung eine Lösung für dieses Problem des Hin- und Herkippens, welche den besonderen Vorteil hat, dass sie für Stufen vorgesehen werden kann, die keinen Platz für eine Umreifung am Boden des Stators haben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0007] Diese und andere Ziele und Vorteile dieser Erfindung werden durch ein genaues Studium der folgenden detaillierteren Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich und klarer werden, in welchen: <tb>Fig. 1<sep>eine schematische perspektivische Ansicht von unten ist, die ein Umreifungsverfahren nach dem Stand der Technik zur Verbindung benachbarter Schaufeleinheiten zeigt; <tb>Fig. 2<sep>eine vergrösserte Ansicht des Randes eines Gehäuses ist, die eine Schaufeleinheit zeigt; <tb>Fig. 3<sep>eine Explosionsansicht eines Paars Schaufeleinheiten ist; und <tb>Fig. 4<sep>eine perspektivische Ansicht einer Vielzahl von zusammengebauten Schaufeleinheiten von vorne seitlich zeigt, wobei die Blätter zur besseren Verdeutlichung weggelassen wurden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0008] Es wird eine Kompressor-Schaufeleinheit und -Anordnung beschrieben, wobei eine Verbindung zwischen benachbarten Schaufeleinheit-Basen geschaffen wird, um die Wahrscheinlichkeit eines Hin- und Herkippens einer Schaufeleinheit in der tangentialen Richtung zu verringern. Dieser Widerstand wird durch Übertragung der radial nach aussen wirkenden Kraft einer Schaufeleinheit-Basis auf die radial nach innen wirkende Kraft der benachbarten Schaufeleinheit-Basis erzeugt. Dieser Widerstand wird unter Verwendung eines Metallstreifens übertragen, der in eine Nut in der Schaufeleinheit-Basis eingesetzt ist. Es sind mehrere Schaufeleinheit-Basis-Nuten an jedem Ende eines Satzes abgestützt, um eine Verschiebung der Verbindung in Umfangsrichtung zu verhindern.

[0009] Somit wird, wie in Fig. 2bis 4 gezeigt, eine ansonsten herkömmliche Basis 64 einer Schaufeleinheit 20 so abgewandelt, dass sie eine in einem Abstand von der Oberseite der Basis 64 angeordnete Nut 60 enthält. Ein Metall-Strangpressprofil 62 wird in die Nut 60 mehrerer verbundener Schaufeleinheiten 20 eingeschoben. Dann wird wie oben bereits erwähnt die Basis 64 an beiden Enden gesichert, um ein Verschieben des Metall-Strangpressprofils 62 zu verhindern. In dem gezeigten Beispiel ist die Nut 60 nur an einer Seite der Basis 64 vorgesehen, um Löcher 54 bzw. Abzugsöffnungen an der gegenüberliegenden Seite eines Blatts 46 zu ermöglichen. Sollten keine Löcher 54 vorhanden sein, kann an jeder axialen Seite des Satzes von Basen 64 ein anschliessender Streifen vorgesehen werden, um die Schaufeleinheit 20 noch weiter zu versteifen. Somit verbindet das vorgesehene Metall-Strangpressprofil 62 nicht nur die anschliessenden Schaufeleinheiten 20, sondern schafft auch ein steiferes Segment von Schaufeleinheiten 20 um den Umfang der Stufe herum. Es ist auch eine Lösung für das Hin- und Herkippen von Schaufeleinheiten 20 vorstellbar, bei welcher Basen 64 mit Löchern 54 verwendet werden.

[0010] Unter detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist eine allgemein bei 20 angezeigte Schaufeleinheit gezeigt.

[0011] Die Schaufeleinheit 20 besitzt, wie in Fig. 2zu sehen ist, eine Basis 64, von welcher das Blatt 46 bzw. die Schaufel wegragt. Die Basis 64 weist ein Paar Montageränder 65, die einander gegenüberliegen, sowie ein Paar formschlüssiger Ränder 68 für den formschlüssigen Kontakt mit benachbarten Basen 64 der Schaufeleinheiten 20 auf. Die Basis 64 der Schaufeleinheit 20 weist ein Paar Vorsprünge 66 zum Sichern an dem Gehäuse 48 auf. Wie unten noch erklärt wird, erstreckt sich der Vorsprung 66 von jedem der Montageränder 65 weg. Die veranschaulichten beispielhaften Schaufeleinheiten 20 besitzen eine Basis 64 mit einem Loch 54 zum Abziehen von Luft in den Luftabzugshohlraum 56. In Stufen, wo kein Luftabzugshohlraum 56 vorgesehen ist, wird das Loch 54 weggelassen. Es ist klar, dass die einzelnen Schaufeleinheiten 20 für die jeweilige Stufe und bezüglich Faktoren wie Krümmung, Spielraum, Breite und Luftentnahme, sofern vorhanden, dimensioniert werden, obwohl jede Stufe ähnlich aufgebaut ist.

[0012] Fig. 2 zeigt eine vergrösserte Seitenansicht des Gehäuses 48, die eine beispielhafte Stufe 52 zeigt. Eine Vielzahl der Schaufeleinheiten 20 ist in einem Schlitz 70 in dem Gehäuse 48 zusammengebaut, um die Schaufelstufe zu bilden. Der Schlitz 70 weist ein Paar Seitenränder 74 auf, die eine Nut oder ein Paar Schwalbenschwänze 76 besitzen. Der Schwalbenschwanz 76 mit quadratischer Grundfläche hält die Schaufeleinheiten 20 in Position. Jede Schaufeleinheit 20 kann so in ihre Position gleiten, dass die Basis 64 in dem Schlitz 70 aufgenommen wird und der Vorsprung 66 in der Nut 76 aufgenommen wird. Es wird eine Vielzahl von Schaufeleinheiten 20 zu einer Anordnung verbunden, bevor sie in dem Schlitz 70 aufgenommen wird, wie im Folgenden noch weiter beschrieben wird.

[0013] Wie oben erwähnt weist das Gehäuse 48 in dem gezeigten Beispiel einen Luftabzugshohlraum 56 auf, der unter der veranschaulichten Stufe 52 liegt und durch den Schlitz 70 und die Schaufeleinheiten 20 gebildet wird. Der Luftabzugshohlraum 56 zieht Luft durch das Loch 54 in der Basis 64 der Schaufeleinheit 20, wie in Fig. 2zu sehen ist.

[0014] Die Schaufeln nach dem Stand der Technik, die über einem Luftabzugshohlraum angeordnet sind, waren anfälliger für eine tangentiale Bewegung relativ zu dem Gehäuse. Die Erfindung geht auf dieses Problem ein, indem sie eine Nut 60 entlang zumindest einer Seite der Basis der Schaufeleinheit 20 zur Aufnahme eines Metall-Strangpressprofils 62 vorsieht, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, um eine Vielzahl von benachbarten Schaufeleinheiten 20 zu verbinden. In Fig. 4 wurden die Schaufeln bzw. Blätter 46 für grössere Klarheit der Darstellung weggelassen, wobei es sich von selbst versteht, dass die Blätter 46, wie allgemein in den Fig. 2und 3 gezeigt wird, an der Basis 64 vorgesehen sind.

[0015] Darüber hinaus ist klar, dass eine Einheit eine Vielzahl von Blättern 46 aufweisen kann, wenngleich die obige Darstellung Schaufeleinheiten 20 mit einem einzelnen Blatt bzw. einer einzelnen Schaufel 46 betrifft. Die Anzahl der Blätter in einer Einheit hängt dabei von der Grösse und Gestalt des Blatts 46 und der Krümmung des Gehäuses 48 ab.

Claims

1. Kompressor, umfassend: ein Gehäuse (48) mit zumindest einem Schlitz (70), wobei der Schlitz (70) ein Paar Seitenränder (74) aufweist; eine Vielzahl in dem Schlitz (70) angeordneter Schaufeleinheiten (20), wobei jede Schaufeleinheit (20) eine Basis (64) und zumindest ein von der Basis (64) wegragendes Blatt (46) aufweist, wobei die Basis (64) ein Paar Montageränder (65), die einander gegenüberliegen und jeweils zu den Seitenrändern (74) hinweisen, sowie ein Paar formschlüssiger Ränder (68) für den formschlüssigen Kontakt mit benachbarten Basen (64) von benachbarten Schaufeleinheiten (20) aufweist, wobei sich eine erste Nut (60) entlang eines ersten Montagerandes (65) der Basis (64) allgemein parallel zu einer oberen Oberfläche der Basis (64) und ausgerichtet mit einer entsprechenden ersten Nut (60) einer Basis (64) einer benachbarten Schaufeleinheit (20) erstreckt; und einen länglichen Streifen (62), der in der ersten Nut (60) angeordnet ist und eine Länge aufweist, die grösser ist als eine Länge des Montagerandes (65), so dass er in den ersten Nuten (60) von zumindest zwei benachbarten Schaufeleinheiten (20) angeordnet werden und sich diesen entlang erstrecken kann.

2. Kompressor nach Anspruch 1, wobei der längliche Streifen (62) an einem Ende der ersten Nut (60) fixiert ist, so dass er darin gehalten wird.

3. Kompressor nach Anspruch 1, wobei der längliche Streifen ein Metall-Strangpressprofil (62) ist.

4. Kompressor nach Anspruch 1, wobei jeder Seitenrand (74) des Schlitzes (70) eine darin definierte Rückhaltenut (76) aufweist, und wobei von jedem Montagerand (65) der Basis (64) ein Rückhaltevorsprung (66) für den Eingriff in eine entsprechende Rückhaltenut (76) wegragt.

5. Kompressor nach Anspruch 4, wobei jede Rückhaltenut (76) in einem Abstand von einer Bodenfläche des Schlitzes (70) angeordnet ist, so dass, wenn die Schaufeleinheit (20) mit den Rückhaltenuten in dem Schlitz (70) in Eingriff gebracht wird, ein Raum zwischen der Basis der Schaufeleinheit (20) und dem Boden des Schlitzes (70) definiert wird, um einen Luftabzugshohlraum (56) dazwischen zu definieren, und wobei ein Loch (54) an der Basis (64) zum Abziehen von Luft in den Luftabzugshohlraum (56) definiert wird.

6. Kompressor nach Anspruch 4, wobei die erste Nut (60) an dem Montagerand (65) zwischen dem Rückhaltevorsprung (66) und der oberen Oberfläche der Basis (64) angeordnet ist.

7. Verfahren zur Verbindung benachbarter Schaufeleinheiten (20) innerhalb eines Kompressors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte, dass: ein Gehäuse (48) mit zumindest einem Schlitz (70) vorgesehen wird, wobei der Schlitz (70) ein Paar Seitenränder (74) aufweist; eine Vielzahl von Schaufeleinheiten (20) vorgesehen wird, wobei jede Schaufeleinheit (20) eine Basis (64) und zumindest ein von der Basis (64) wegragendes Blatt (46) aufweist, wobei die Basis (64) ein Paar einander gegenüberliegender Montageränder (65) sowie ein Paar formschlüssiger Ränder (68) für den formschlüssigen Kontakt mit benachbarten Basen (64) von benachbarten Schaufeleinheiten (20) aufweist, wobei sich eine erste Nut (60) entlang eines ersten Montagerandes (65) der Basis (64) allgemein parallel zu einer oberen Oberfläche der Basis (64) und ausgerichtet mit einer entsprechenden ersten Nut (60) einer Basis (64) einer benachbarten Schaufeleinheit (20) erstreckt; und ein länglicher Streifen (62) in der ersten Nut (60) angeordnet wird, der eine Länge aufweist, die grösser ist als eine Länge des Montagerandes (65), so dass er in den ersten Nuten (60) von zumindest zwei benachbarten Schaufeleinheiten (20) angeordnet werden und sich diesen entlang erstrecken kann.

8. Verfahren nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend den Schritt, dass ein Ende der ersten Nut (60) gesichert wird, um den länglichen Streifen (62) darin zurückzuhalten.

9. Verfahren nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend die Schritte, dass: die Vielzahl von Schaufeleinheiten (20) so in dem Schlitz (70) angeordnet wird, dass die Montageränder (65) zu den Seitenrändern (74) hinweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei jeder Seitenrand (74) des Schlitzes (70) eine darin definierte Rückhaltenut (76) aufweist, und wobei von jedem Montagerand (65) der Basis (64) ein Rückhaltevorsprung (66) für den Eingriff in eine entsprechende Rückhaltenut wegragt.