CH698337B1

CH698337B1 - Anordnung mit einem Halterungssystem zur Halterung zweier Maschinenbauteile.

Info

Publication number: CH698337B1
Application number: CH00007/09A
Authority: CH
Inventors: Stephen Robert Prince; Thomas R Tipton; Michael E Friedman; Mark Newton; Dale R Lombardo
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2013-07-15
Also published as: JP2009168016A; CN101482136B; CH698337A2; US20100284814A1; DE102009003320A1; CN101482136A; US8061995B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Halterungssystem zum Verhindern einer Bewegung eines ersten Maschinenbauteils (24), das einen Schwalbenschwanz (26) aufweist, der in einem komplementär geformten Schwalbenschwanzschlitz (22) in einem zweiten Maschinenbauteil (20) sitzt, wobei das System eine erste gekrümmte Nut, die in einer Basisseite des Schwalbenschwanzschlitzes ausgebildet ist, und eine zweite gekrümmte Nut, die in einer Unterseite des Schwalbenschwanzes ausgebildet ist, enthält. Die erste und die zweite Nut sind aufeinander ausgerichtet, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz sitzt, wodurch eine mit einem geschlossenen Umfang versehene Öffnung gebildet wird. Ein gekrümmter Verriegelungsbügel (28) ist in der mit einem geschlossenen Umfang versehenen Öffnung aufgenommen. Eine optionale Abdeckplatte (40) kann über den Enden des Verriegelungsbügels angeordnet werden, wobei die Enden des Verriegelungsbügels zum Beispiel durch Stauchen verformt werden.

Description

[0001] Diese Erfindung betrifft allgemein Turbinenmaschinen und insbesondere die Halterung von Bauteilen wie zum Beispiel Blättern oder Schaufeln in Schlitzen, die in einem anderen Bauteil, wie zum Beispiel einem Verdichterrotorblattrad, ausgebildet sind.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] In einem herkömmlichen Turbinenverdichterbauteil werden Rotorblätter in einem rotierenden Blattrad mittels einer Schwalbenschwanzverbindung gehalten (d. h. ein Schwalbenschwanz an dem Blatt wird in einem komplementären Schlitz in dem Rad aufgenommen).

[0003] Die Passung zwischen dem Blatt und dem Schwalbenschwanzschlitz in dem Rad weist ein Spiel auf, um die Montage zu ermöglichen und Toleranzen zu berücksichtigen. Das heisst, wenn die Blätter nicht richtig gehalten werden, so können sich die Bauteile in dem Schlitz aufgrund der Spielpassung bewegen, was zu einem übermässigen Verschleiss führt. Durch den übermässigen Verschleiss würde das Teil schliesslich ausfallen, so dass die Anlage abgeschaltet werden müsste, bis eine Reparatur ausgeführt werden kann.

[0004] In der Regel wird jedes Blatt in dem Rad mit Hilfe einer oder mehrerer Verstemmungen gehalten, um eine Bewegung entlang des Schwalbenschwanzschlitzes des Rades zu begrenzen. Dieses Verstemmen ist ein Prozess, bei dem Material am Rand des Radschlitzes plastisch verformt und in einen Hohlraum hineinverdrängt wird, der durch eine örtliche Abschrägung des Blatt-Schwalbenschwanzes gebildet wird. Dies ist ein manueller und starken Schwankungen unterworfener Prozess, der in einigen Fällen eine unzureichende Halterung des Blattes in dem Rad hervorbringt. Auf den Rotor wirkende Vibrationskräfte können die Verstemmung verschleissen, was letztendlich zum Ausfall der Halterungsfunktion führt. Wenn die Verstemmung verschlissen ist, kann sich das Blatt frei in dem Schwalbenschwanzschlitz bewegen. Bei sehr grossen Amplituden kann diese Bewegung zum Verschleissen des Blatt-Schwalbenschwanzes und letztendlich zum Ausfall führen. Dies könnte dann ein Lösen des Blattes und einen anschliessenden Kollateralschaden an der Gasturbine zur Folge haben. Es gibt auch viele dokumentierte Fälle, wo Rotorblätter falsch montiert wurden, indem entweder das Blatt rückwärts in den Schwalbenschwanzschlitz eingesetzt wurde oder das Blatt in der falschen axialen Position (Stufe) eingesetzt wurde. Einige dieser falschen Montagen wurden als Ursachen anschliessender Maschinenausfälle ermittelt.

[0005] Es besteht nach wie vor Bedarf an einem im Feld nachrüstbaren Blatthalterungsmechanismus, der es ermöglicht, das Blatt zu montieren, herauszunehmen und wieder einzusetzen, ohne die Blätter des Rades zu beschädigen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0006] Daher wird eine Anordnung aus einem ersten Maschinenbauteil mit einem Schwalbenschwanz und einem zweiten Maschinenbauteil mit einem Schwalbenschwanzschlitz vorgeschlagen, wobei der Schwalbenschwanzschlitz komplementär zum Schwalbenschwanz geformt ist und der Schwalbenschwanz im Schwalbenschwanzschlitz sitzt, wobei ein Halterungssystem zum Verhindern einer Bewegung des ersten Maschinenbauteils gegenüber dem zweiten Maschinenbauteil in einer Längsrichtung des Schwalbenschwanzschlitzes vorgesehen ist, das Folgendes umfasst: eine erste gekrümmte Nut, die in einer Basisseite des Schwalbenschwanzschlitzes ausgebildet ist; eine zweite gekrümmte Nut, die in einer Unterseite des Schwalbenschwanzes ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Nut aufeinander ausgerichtet sind, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz sitzt, wodurch eine mit einem geschlossenen Umfang versehene Öffnung gebildet wird; und ein gekrümmter Verriegelungsbügel, der in die mit einem geschlossenen Umfang versehene Öffnung eingesetzt wird.

[0007] In einer Ausführungsform wird eine Anordnung aus einem ersten Maschinenbauteil mit einem Schwalbenschwanz und einem zweiten Maschinenbauteil mit einem Schwalbenschwanzschlitz vorgeschlagen, wobei der Schwalbenschwanzschlitz komplementär zum Schwalbenschwanz geformt ist und der Schwalbenschwanz im Schwalbenschwanzschlitz sitzt, wobei ein Halterungssystem vorgesehen ist, das eine Bewegung des ersten Maschinenbauteils gegenüber dem zweiten Maschinenbauteil in einer Längsrichtung des Schwalbenschwanzschlitzes verhindert und Folgendes umfasst: eine erste gekrümmte Nut, die in einer Basisseite des Schwalbenschwanzschlitzes ausgebildet ist; eine zweite gekrümmte Nut, die in einer Unterseite des Schwalbenschwanzes ausgebildet ist und auf die erste gekrümmte Nut ausgerichtet ist, wodurch ein im Wesentlichen C-förmiger, mit einem geschlossenen Umfang versehener, offenendiger Schlitz gebildet wird; ein gekrümmter Verriegelungsbügel, der in dem mit einem geschlossenen Umfang versehenen offenendigen Schlitz aufgenommen ist; und eine Abdeckplatte, die mit einem Paar Öffnungen versehen ist, die über jeweiligen freien Enden des Verriegelungsbügels aufgenommen sind, wobei die freien Enden des Verriegelungsbügels gestaucht sind, um ein Lösen der Abdeckplatte, des Verriegelungsbügels und des Maschinenbauteils zu verhindern.

[0008] Es folgt nun eine ausführlichere Beschreibung in Verbindung mit den unten beschriebenen Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009] <tb>Fig. 1<sep>ist eine perspektivische Teilansicht einer bekannten Rotorrad- und Blattbaugruppe; <tb>Fig. 2<sep>ist eine perspektivische Teilansicht einer Rotorrad- und Blattbaugruppe gemäss einer beispielhaften Implementierung der Erfindung; <tb>Fig. 3<sep>ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2, aber mit herausgenommenem Blatt; <tb>Fig. 4<sep>ist eine perspektivische teilweise Unteransicht des herausgenommenen Blatt-Schwalbenschwanzes von Fig. 3; und <tb>Fig. 5–8<sep>sind perspektivische Teilansichten eines beispielhaften Montageablaufs der Verriegelungsbauteile an dem Rotorrad/Blatt-Schwalbenschwanz.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0010] Fig. 1 veranschaulicht ein Verdichterrotorrad 10, das mit mehreren Schwalbenschwanzschlitzen 12 ausgebildet ist, die entlang des Umfangs des Rades beabstandet angeordnet sind. Jeder Schlitz 12 ist dafür ausgelegt, einen komplementären Schwalbenschwanz 14 an der Wurzel eines Blattes oder einer Schaufel 16 aufzunehmen.

[0011] Fig. 2 veranschaulicht ein ähnliches Rad 20 mit Schwalbenschwanzschlitzen 22 und Blättern 24 mit komplementären Schwalbenschwänzen 26. Hier wurde jedoch ein C-Verriegelungsbügel 28 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung montiert, um das Blatt 24 in dem Radschlitz 22 zu halten. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine optionale Abdeckplatte verwendet, wie sie später noch ausführlicher beschrieben wird.

[0012] Wenden wir uns Fig. 3zu, wo der Schwalbenschwanzschlitz 22 in dem Rad 20 ohne das Blatt 24 gezeigt ist, so dass der Blick auf eine erste C-förmige Nut 30 möglich wird, die in die Basis des Schwalbenschwanzschlitzes eingearbeitet ist, wobei entgegengesetzte Enden der Nutöffnung an der Kante des Schlitzes offen sind. Die Nut 30 hat einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt, so dass sie ungefähr eine Hälfte des Umfangsrandes des C-Verriegelungsbügels 28 aufnimmt, wie weiter unten noch beschrieben wird.

[0013] Fig. 4 veranschaulicht eine zweite C-förmige Nut 32, die in die Unterseite 34 des Blatt-Schwalbenschwanzes 26 eingearbeitet ist und so angeordnet ist, dass sie exakt auf die C-förmige Nut 30 in dem Schwalbenschwanzschlitz ausgerichtet ist. Die zweite C-förmige Nut hat einen ähnlichen halbkreisförmigen Querschnitt, so dass, wenn der Blatt-Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz aufgenommen ist, die aufeinander ausgerichteten Nuten eine mit einem geschlossenen Umfang (d. h. mit kreisförmigem Querschnitt) versehene C-förmige Öffnung bilden, die an ihren entgegengesetzten Enden offen ist. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Querschnittsformen, zum Beispiel quadratisch, oval usw., geeignet sein können.

[0014] Der (massiv ausgeführte) C-Verriegelungsbügel 28 besteht aus einer Stahllegierung (oder einem anderen geeigneten Material) von im Wesentlichen kreisrundem Querschnitt und erstreckt sich über einen Bogen von ungefähr 180° von einem Ende 36 zu einem entgegengesetzten Ende 38 und ist dafür geeignet, in die C-förmige Öffnung eingesetzt zu werden. Eine längliche optionale Abdeckplatte 40 ist an ihren gegenüberliegenden Enden mit Löchern 42, 44 versehen, die dafür geeignet sind, die entgegengesetzten Enden des C-Verriegelungsbügels 28 aufzunehmen.

[0015] Anhand der Fig. 5–8 wird nun ein beispielhafter, aber nicht-einschränkender Montageablauf für den C-Verriegelungsbügel 28 beschrieben. Die Abdeckplatte ist verschiebbar an dem C-Verriegelungsbügel 28 aufgenommen, und ein Ende des Bügels ist gestaucht, wodurch verhindert wird, dass die Abdeckplatte 40 von dem gestauchten Ende des Bügels herunterrutscht. Wenn die Abdeckplatte 40 wie in Fig. 5 gezeigt angebracht ist, wird nun das nicht-verformte Ende in die mit einem geschlossenen Umfang versehene Nut 30, 32 eingeschoben, wie in Fig. 5 gezeigt, wobei sie in Fig. 6 im vollständig eingeschobenen Zustand gezeigt ist. Das zweite Ende der Abdeckplatte 40 wird nun in Ausrichtung auf das zweite Ende des C-Verriegelungsbügels 28 gedreht, wie in Fig. 7 gezeigt, so dass die Enden 36, 38 des C-Verriegelungsbügels 28 von der Abdeckplatte hervorstehen. Nun wird das verbliebene Ende des C-Verriegelungsbügels mit einem Formstempel gestaucht (oder auf sonstige Weise mit geeigneten Mitteln verformt oder verstemmt), um dadurch den C-Verriegelungsbügel 28 zu befestigen, wobei sich die Abdeckplatte 40 zwischen den gestauchten Enden und der Blatt-Schwalbenschwanz/Radbaugruppe befindet. Diese Anordnung verhindert, dass sich das Blatt oder die Schaufel axial in dem Schlitz bewegt. Es ist zu beachten, dass die Verwendung der Abdeckplatte 40 insofern von Vorteil ist, als der Stauchvorgang die Enden 36, 38 des C-Verriegelungsbügels 28 verformt, aber nicht den Blatt-Schwalbenschwanz oder den Radschlitz verformt; d. h. die Abdeckplatte schützt den Schwalbenschwanz und den Schwalbenschwanzschlitz so, dass der Verriegelungsmontageprozess keine langfristigen Implikationen für den Blatt-Schwalbenschwanz oder das Rad hat.

[0016] Weil sich die gestauchten Enden 36, 38 des C-Verriegelungsbügels 28 auf der Aussenseite der Abdeckplatte 40 befinden, können des Weiteren die gestauchten (vergrösserten) Enden des C-Verriegelungsbügels 28 abgeschliffen werden, um ein Abnehmen der Abdeckung 40 und des Blattes zu ermöglichen; ebenfalls ohne Beschädigung des Blatt-Schwalbenschwanzes oder des Radschlitzes. Nach dem Abnehmen des gelösten C-Verriegelungsbügels 28 kann ein neues oder repariertes Blatt mit einem neuen C-Verriegelungsbügel oder Bauteil montiert werden. Der oben beschriebene Prozess ist auch insofern von Vorteil, als die Abdeckplatte und der Bügel vor der Verwendung wenigstens vorübergehend aneinander befestigt sind, wodurch die Gefahr gemindert wird, dass das eine oder das andere Teil verloren geht. Es versteht sich jedoch, dass der C-Verriegelungsbügel 28 auch vollständig eingeschoben und die Abdeckplatte 40 dann über beide freie Enden 36, 38 des Bügel geschoben werden kann, bevor ein Stauchvorgang stattfindet. Als letzter Schritt würden dann beide Enden des C-Verriegelungsbügels 28, entweder gleichzeitig oder nacheinander, gestaucht werden.

[0017] Obgleich die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was derzeit als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern vielmehr auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen einschliesst, die im Sinne der angehängten Ansprüche sind und im Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Anordnung, aufweisend ein erstes Maschinenbauteil (24) mit einem Schwalbenschwanz (26), ein zweites Maschinenbauteil (20) mit einem Schwalbenschwanzschlitz (22), welcher komplementär zum Schwalbenschwanz (26) geformt ist, wobei der Schwalbenschwanz (26) im Schwalbenschwanzschlitz (22) sitzt, sowie ein Halterungssystem zum Verhindern einer Bewegung des ersten Maschinenbauteils (24) relativ zu dem zweiten Maschinenbauteil (20) in einer Längsrichtung des Schwalbenschwanzschlitzes, wobei das Halterungssystem Folgendes umfasst: eine erste gekrümmte Nut (30), die in einer Basisseite des Schwalbenschwanzschlitzes (22) ausgebildet ist; eine zweite gekrümmte Nut (32), die in einer Unterseite des Schwalbenschwanzes (26) ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Nut (30, 32) aufeinander ausgerichtet sind, wenn der Schwalbenschwanz (26) in dem Schwalbenschwanzschlitz (22) angeordnet ist, wodurch eine mit einem geschlossenen Umfang versehene Öffnung gebildet wird; und einen gekrümmten Verriegelungsbügel (28), der in die mit einem geschlossenen Umfang versehene Öffnung eingesetzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Nut (30, 32) und der Verriegelungsbügel (28) im Wesentlichen C-förmig sind und jeweils ein Paar offener Enden aufweisen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite Nut einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, wodurch ein mit einem geschlossenen Umfang versehener offenendiger Schlitz (30, 32) von im Wesentlichen kreisrundem Querschnitt entsteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, die eine Abdeckplatte (40) enthält, die derart mit einem Paar Öffnungen (40, 44) versehen ist, dass sie freie Enden (36, 38) des Verriegelungsbügels (28) aufnehmen kann.

5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die freien Enden (36, 38) des Verriegelungsbügels (28) mit der Abdeckplatte (40) verstemmt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 3, welche eine Abdeckplatte (40) enthält, die derart mit einem Paar Öffnungen (42, 44) versehen ist, dass sie freie Enden (36, 38) des Verriegelungsbügels (28) aufnehmen kann.

7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei die freien Enden (36, 38) des Verriegelungsbügels (28) mit der Abdeckplatte (40) verstemmt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Maschinenbauteil (24) ein Turbinenblatt und das zweite Maschinenbauteil (20) ein Turbinenrotorrad umfasst und wobei der Schwalbenschwanzschlitz (22) in dem Turbinenrotorrad (10) ausgebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die freien Enden des Verriegelungsbügels (28) gestaucht sind, um ein Lösen der Abdeckplatte (40), des Verriegelungsbügels (28) und des ersten Maschinenbauteils (24) zu verhindern.

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei das erste Maschinenbauteil (24) ein Turbinenblatt umfasst und das zweite Maschinenbauteil (20) ein Turbinenrotorrad umfasst.