DE102008002990A1

DE102008002990A1 - Stator- Verbindungsstreifen und Verfahren für die Verbindung benachbarter Statoren

Info

Publication number: DE102008002990A1
Application number: DE102008002990A
Authority: DE
Inventors: Lisa Wichmann; Nick Martin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2009-02-12
Also published as: CN101363457A; US20090041580A1; CN101363457B; JP2009041563A; CH697745B1; US7854583B2; JP5265267B2; CH697745A2

Abstract

Ein Verdichter mit einer Vielzahl von Schaufeleinheiten (20), von denen jede zumindest ein Schaufelblatt (46) aufweist, das aus dem Fuß (64) hervorragt. Jeder Fuß ist mit einer Nut (60) versehen, sodass bei einer benachbarten Anordnung der Schaufeleinheiten in Umfangsrichtung die Nuten der jeweiligen Schaufeleinheiten in Umfangsrichtung miteianander fluchten. Ein Metallstreifen (62) ist in der Nut einer Vielzahl benachbarter Schaufeleinheiten angeordnet, um die Schaufeleinheiten zu verbinden und einen starreren Schaufelring auszubilden, der wen wie sie z. B. durch Druckfluktuationen in dem Verdichter einer Gasturbine hervorgerufen werden können.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verdichterleitschaufeln einer industriellen Gasturbine werden während Start-Abschalt-Zyklen belastet und entlastet. Außerdem sind die Schaufeln während des Betriebs geringen Druckfluktuationen unterworfen. Diese verursachen eine Relativbewegung zwischen der Schaufel und dem Gehäuse, in dem die Schaufeln montiert sind. Dies bewirkt eine Abnutzung der Hakenbefestigung an dem Statorfuß und des entsprechenden Gehäuseteils und könnte schließlich zu einem Bruch führen. Ein Versagen entlang eines Teils der Stator-Hakenbefestigung bewirkt ein Kippen des Statorrings, wodurch ein anderer Strömungspfad geschaffen wird als bei der ursprünglichen Konstruktion vorgesehen.
Zu den früheren Lösungen für dieses Problem gehören ein Pinning-Verfahren und ein Umreifungsverfahren. Das Pinning-Verfahren wird in der U.S.-Patentschrift Nr. 6,984,108 offenbart, deren gesamte Offenbarung hier durch diese Bezugnahme aufgenommen ist. Beim Pinning-Verfahren wird eine Loch-Zapfen-Anordnung zur Verbindung benachbarter Statoren angewendet, damit diese einen starren Statorring bilden. Das in 1 schematisch dargestellte Umreifungsverfahren stellt ein Band 10 zur Verfügung, das wie unter 12 gezeigt, an mehrere Statorfüße 14 geschraubt ist, wodurch ein starres Ringsegment 16 hergestellt wird. Dieses Fixierungsverfahren wird seit mehr als zehn Jahren angewendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Verbindung zwischen mehreren Statoren zur Verfügung, um einem Kippen der Statoren in Tangentialrichtung entgegenzuwirken.
Die Erfindung kann daher in einem Verdichter verkörpert sein, der folgendes aufweist: ein Gehäuse mit zumindest einer Nut, wobei die Nut ein Paar Seitenflanken aufweist; eine Vielzahl in dieser Nut angeordnete Schaufeleinheiten, wobei jede Schaufeleinheit einen Fuß und zumindest ein aus dem Fuß hervorragendes Schaufelblatt aufweist und wobei der Fuß ein Paar Montageflanken aufweist, die einander entgegengesetzt angeordnet sind und den genannten Seitenflanken jeweils gegenüberliegen; ein Paar eingreifende Kanten für den Eingriff in angrenzende Füße benachbarter Schaufeleinheiten; eine erste Nut, die sich entlang einer ersten Montageflanke des Fußes erstreckt, die im Wesentlichen parallel zu einer Oberseite des Fußes und zu einer entsprechenden ersten Nut eines angrenzenden Schaufeleinheitsfußes fluchtend verläuft, sowie einen in der ersten Nut angeordneten länglichen Streifen, dessen Länge größer als die Länge der Montageflanke ist, damit er in den ersten Nuten von zumindest zwei benachbarten Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich entlang diesen erstrecken kann.
Die Erfindung kann auch in einem Verfahren für die Verbindung benachbarter Statoren verkörpert sein, das beinhaltet: die Bereitstellung einer Vielzahl von Schaufeleinheiten, wobei jede Schaufeleinheit einen Fuß und zumindest ein aus dem Fuß hervorragendes Schaufelblatt aufweist, wobei der Fuß ein Paar einander entgegengesetzt angeordnete Montageflanken und ein Paar Eingriffkanten für den Eingriff in benachbarte Schaufeleinheiten aufweist; eine erste Nut, die sich entlang einer ersten Montageflanke des Fußes im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Fußes erstreckt und mit einer entsprechenden ersten Nut eines benachbarten Schaufeleinheitsfußes fluchtet, und die Anordnung eines länglichen Streifens in der ersten Nut, wobei der längliche Streifen eine größere Länge aufweist als die Montageflanke, damit er in den ersten Nuten zumindest zweier benachbarter Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich entlang diesen erstrecken kann.
Die Erfindung bietet eine Lösung für das Kippproblem und weist den besonderen Vorteil auf, dass sie bei Vorliegen von Stufen angewendet werden kann, die für ein Band an dem Boden der Statoren keinen Platz bieten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung können durch sorgfältiges Studium der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden und gewürdigt werden, wobei die Zeichnungen Folgendes darstellen:
1 ist eine Schemaperspektive von unten und zeigt eine Umreifungsmethode nach dem Stand der Technik für die Verbindung benachbarter Leitschaufeleinheiten;
2 ist eine vergrößerte Ansicht der Kante eines Gehäuses und zeigt eine Statorstufe, die die Erfindung verkörpert;
3 ist eine Explosionsdarstellung eines Paares Schaufeleinheiten, das die Erfindung verkörpert, und
4 ist eine seitlich-frontale Perspektive einer Vielzahl von Schaufeleinheiten, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aneinandermontiert sind, wobei die Schaufelblätter zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Verdichterleitschaufeleinheit und -anordnung zur Verfügung, wobei eine Verbindung zwischen benachbarten Statorfüßen vorgesehen wird, um die Wahrscheinlichkeit des Kippens der Statoren in Tangentialrichtung zu reduzieren. Der Widerstand wird durch die Überleitung der auswärts wirkenden Radialkraft eines Statorfußes auf die auf den benachbarten Statorfuß einwärts wirkende Radialkraft erzeugt. Dieser Widerstand wird durch die Verwendung eines Metallstreifens übertragen, der in eine Nut in dem Statorfuß eingesetzt ist. Die Statorfuß-Nuten sind an jedem Ende der Gruppe abgestützt, um die Verschiebung einer Verbindung in Umfangsrichtung zu verhindern.
So wird ein ansonsten konventioneller Statorfuß 64 erfindungsgemäß modifiziert, um eine von der Oberseite des Fußes beabstandete Nut aufzunehmen. Ein Metallprofil wird in die Nut mehrerer benachbarter Statoren geschoben. Dann wird, wie oben erwähnt, jeder End-Statorfuß verstiftet, um ein Verschieben des Metallprofils zu verhindern. In der dargestellten Beispiel-Ausführungsform wird die Nut nur auf einer Seite des Statorfußes vorgesehen, um Entnahmeöffnungen auf der entgegengesetzten Seite des Schaufelblatts zu ermöglichen. Sind keine Entnahmeöffnungen vorhanden, kann ein angrenzender Streifen auf jeder axialen Seite der Gruppe von Statorfüßen vorgesehen werden, um das Statorsegment noch starrer zu machen. So verbindet der angrenzende Streifen, der gemäß einer Beispiel-Ausführungsform der Erfindung vorgesehen wird, nicht nur die benachbarten Statoreinheiten, sondern stellt um den Umfang der Stufe herum ein starreres Statorsegment her. Die Erfindung bietet auch dort eine Lösung für das Stator-Kippen, wo Statorfüße mit Entnahmeöffnungen verwendet werden.
Es wird jetzt im Einzelnen Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen ein erfindungsgemäßes Schaufelsystem insgesamt unter dem Bezugszeichen 20 dargestellt ist.
Die Verdichter-Schaufeleinheit 20, wie sie 2 zu sehen ist, weist einen Fuß 64 auf, von dem sich das Schaufelblatt oder die Schaufel 46 weg erstreckt. Der Fuß 64 weist ein Paar einander entgegengesetzt angeordnete Montageflanken 65 und ein Paar Eingriffkanten 68 für den Eingriff in benachbarte Füße der Schaufeleinheiten 20 auf. Der Fuß 64 der Schaufeleinheit 20 weist ein Paar Vorsprünge 66 zur sicheren Befestigung an dem Gehäuse 48 auf, wie unten erörtert, wobei sich der Vorsprung 66 von jeder der Montageflanken 65 weg erstreckt. Die dargestellten Beispiel-Schaufeleinheiten 20 verfügen über einen Fuß 64 mit einer Öffnung 54, um Luft in den Luftentnahmehohlraum 56 zu ziehen. Bei Stufen, die nicht mit einem Luftentnahmehohlraum versehen sind, entfällt die Öffnung 54. Es wird anerkannt, dass, während alle Stufen die gleiche Konstruktion aufweisen, die einzelnen Verdichter-Schaufeleinheiten 20 für die jeweilige Stufe sowie für Faktoren wie beispielsweise Kurvatur, Länge des Zwischenraums, Breite und Luftentnahme – wenn diese vorliegen – bemessen sind.
2 stellt eine vergrößerte Seitenansicht des Gehäuses 48 dar und zeigt eine Beispiel-Stufe 52. In einer Nut 70 sind in dem Gehäuse 48 mehrere Verdichter-Schaufeleinheiten 20 montiert, um die Leitschaufelstufe zu bilden. Die Nut 70 weist ein Paar Seitenflanken 74 auf, die mit einer Nut oder einem Paar Schwalbenschwänze 76 versehen sind. Der Schwalbenschwanz 76 mit quadratischem Fuß hält die Schaufeleinheiten 20 an ihrem Platz. Man lässt jede Schaufeleinheit 20 an ihren Platz gleiten, wobei der Fuß 64 in der Nut 70 und der Vorsprung 66 in der Nut 76 aufgenommen wird. Jedoch werden erfindungsgemäß mehrere Schaufeleinheiten zu einer Anordnung verbunden, bevor sie in der Nut 70 aufgenommen werden, wie weiter unten erörtert wird.
Wie oben erwähnt, verfügt in der gezeigten Ausführungsform das Gehäuse 48 über einen Luftentnahmehohlraum 56, der unter der dargestellten Stufe 52 liegt und durch die Nut 70 und die Schaufeleinheiten 20 gebildet wird. Der Luftentnahmehohlraum 56 zieht Luft durch die Öffnung 54 in dem Fuß 64 der Schaufeleinheit 20, wie in 2 zu sehen ist.
Die Schaufeln nach dem Stand der Technik, die sich über einem Luftentnahmehohlraum befanden, waren anfälliger für eine relative Tangentialbewegung gegenüber dem Gehäuse. Auf dieses Problem geht die Erfindung ein, indem eine Nut 60 entlang zumindest einer Seite des Fußes der Schaufeleinheit vorgesehen wird, wie in den 2–4 gezeigt, um ein Metallprofil 62 aufzunehmen, um eine Vielzahl benachbarter Leitschaufeleinheiten zu verbinden. In 4 wurden die Schaufeln zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen, aber es versteht sich, dass die Schaufeln auf dem Fuß vorgesehen sind, wie es in den 2 und 3 allgemein gezeigt wird.
Während das oben Gesagte für Schaufeleinheiten 20 mit einem einzigen Schaufelblatt oder einer einzigen Schaufel 46 gezeigt wird, wird darauf hingewiesen, dass eine Einheit eine Vielzahl von Schaufelblättern aufweisen kann. Die Anzahl der Schaufelblätter einer Einheit hängt von der Größe und Form des Schaufelblatts und der Kurvatur des Gehäuses 48 ab.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wurde, die gegenwärtig als die praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern vielmehr verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Anordnungen abdecken soll, wie sie in dem Geist und Anwendungsbereich der angefügten Ansprüche enthalten sind.
Ein Verdichter weist eine Vielzahl von Schaufeleinheiten 20 auf, von denen jede zumindest ein Schaufelblatt 46 aufweist, das aus dem Fuß 64 hervorragt. Jeder Fuß ist mit einer Nut 60 versehen, so dass bei einer benachbarten Anordnung der Schaufeleinheiten in Umfangsrichtung die Nuten der jeweiligen Schaufeleinheiten in Umfangsrichtung miteinander fluchten. Ein Metallstreifen 62 ist in der Nut einer Vielzahl benachbarter Schaufeleinheiten angeordnet, um die Schaufeleinheiten zu verbinden und einen starreren Schaufelring auszubilden, der weniger anfällig für eine Bewegung der Schaufeln ist, wie sie z. B. durch Druckfluktuationen in dem Verdichter einer Gasturbine hervorgerufen werden können.

10: Band
12: Schrauben
14: Statorfüße
16: starres Ringsegment
20: Schaufeleinheit
46: Schaufelblatt oder Schaufel
48: Gehäuse
52: Beispiel-Stufe
54: Öffnung
56: Luftentnahmehohlraum
60: Nut
62: Metallprofil
64: Statorfuß
65: Montageflanken
66: Vorsprünge
68: Eingriffkanten
70: Nut
74: Seitenflanken
76: Nut oder Schwalbenschwänze

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6984108 [0002]

Claims

Verdichter, umfassend: ein Gehäuse (48) mit zumindest einer Nut (70), wobei die Nut ein Paar Seitenflanken (74) aufweist; mehrere Schaufeleinheiten (20), die in der Nut (70) angeordnet sind, wobei jede Schaufeleinheit einen Fuß (64) und zumindest ein von dem Fuß weg ragendes Schaufelblatt (46) aufweist und wobei der Fuß ein Paar Montageflanken (65) aufweist, die einander entgegengesetzt angeordnet sind und den Seitenflanken jeweils gegenüberliegen, und ein Paar Eingriffskanten (66) für den Eingriff in benachbarte Füße benachbarter Schaufeleinheiten, eine erste Nut (60), die sich entlang einer ersten Montageflanke des Fußes im Wesentlichen parallel zu einer Oberseite des Fußes (64) erstreckt und mit einer entsprechenden ersten Nut eines benachbarten Schaufeleinheitsfußes gemeinsam fluchtet, und einen länglichen Streifen (62), der in der ersten Nut (60) angeordnet ist und dessen Länge größer als die Länge der Montageflanke ist, damit er in den ersten Nuten zumindest zweier benachbarter Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich in diesen erstrecken kann.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der längliche Streifen (62) an einem Ende der ersten Nut (60) befestigt ist, so dass er in ihr gehalten wird.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei der längliche Streifen ein Metallprofil (62) ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei jede Seitenflanke jeder Nut eine in ihr definierte Haltenut (76) aufweist, und wobei ein Haltevorsprung (66) zum Eingriff in eine entsprechende Haltenut von jeder Montageflanke des Fußes hervorsteht.
Verdichter nach Anspruch 4, wobei jede Haltenut von einer Bodenfläche der Nut beabstandet ist, so dass, wenn die Schaufeleinheit mit den in den Nutflanken vorgesehenen Nuten im Eingriff steht, ein Abstand zwischen dem Boden der Schaufeleinheit und dem der Nut definiert ist, um zwischen beiden einen Luftentnahmehohlraum (56) zu definieren, und wobei eine Öffnung (54) in dem Fuß (64) definiert ist, um Luft in den Luftentnahmehohlraum zu ziehen.
Verdichter nach Anspruch 4, wobei die erste Nut (60) an der Montageflanke zwischen dem Haltevorsprung und der Oberseite des Fußes angeordnet ist.
Verfahren für die Verbindung benachbarter Statoren, umfassend: die Bereitstellung einer Vielzahl von Schaufeleinheiten (20), wobei jede Schaufeleinheit einen Fuß (64) und zumindest ein von dem Fuß weg stehendes Schaufelblatt (46) aufweist, und wobei der Fuß ein Paar Montageflanken (65), die einander entgegengesetzt angeordnet sind, und ein Paar Eingriffskanten (68) für den Eingriff in benachbarte Füße benachbarter Schaufeleinheiten und eine erste Nut (60) aufweist, die sich entlang einer ersten Montageflanke des Fußes im Wesentlichen parallel zu einer Oberseite des Fußes erstreckt und mit einer entsprechenden ersten Nut eines benachbarten Schaufeleinheitsfußes gemeinsam fluchtet, und die Anordnung eines länglichen Streifens (62) in der ersten Nut (60), wobei die Länge des länglichen Streifens größer als die Länge der Montageflanke ist, damit er in den ersten Nuten zumindest zweier benachbarter Schaufeleinheiten angeordnet werden und sich in diesen erstrecken kann.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner beinhaltend das Verstiften eines Endes der ersten Nut (60), um den länglichen Streifen (62) in dieser zu halten.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner beinhaltend: die Bereitstellung eines Gehäuses (48) mit zumindest einer Nut (70), wobei die Nut ein Paar Seitenflanken (74) aufweist, und Anordnung der Vielzahl von Schaufeleinheiten (20) in dieser Nut, so dass die Montageflanken (65) den Seitenflanken (74) gegenüberliegen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei jeder Seitenflanke (74) der Nut (70) eine in ihm definierte Haltenut (76) aufweist, und wobei ein Haltevorsprung (66) aus jeder Montageflanke (65) des Fußes zum Eingriff in eine entsprechende Haltenut hervorragt.