-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Leitschaufelrings.
-
In Dampfturbinen werden in den Verdichter- und Turbinenstufen jeweils Leiträder und Laufräder hintereinander angeordnet. Laufräder bilden den bewegten bzw. rotierenden Teil einer Dampfturbine, mit welchen das strömende Fluid entweder verdichtet oder entspannt wird. Nach jedem Laufrad wird ein Leitring bzw. ein Leitwerk angeordnet, welches die durch die Laufräder erzeugte Strömung definiert weiterleitet. Die Leiträder und Laufräder sind abwechselnd hintereinander geschaltet.
-
Ein Leitrad bzw. ein Leitwerk in einer Dampfturbine besteht dabei aus einem Leitschaufelring, in welchem in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Leitschaufeln definiert angeordnet wird. Dieser Leitschaufelring kann in einen Leitschaufelträger bzw. in ein Gehäuse einer Dampfturbine eingebaut werden.
-
DE 19547653 A1 beschreibt eine Leitvorrichtung für eine Turbine mit einem Leitschaufelträger. Die Positionierung und die Befestigung am Leitschaufelträger werden hierbei mittels Positionierungselementen vorgesehen, die eine bestimmte Einbaulage der Leitschaufeln gewährleisten. Um die Herstellung derartiger Leitvorrichtungen zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass als Positionierungselemente die beiden Hälften eines im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses geteilten Leitschaufelringes dienen. In dem Leitschaufelring sind radial verlaufende Profillöcher ausgebildet, die zum Einstecken des zu jeder Leitschaufel gehörigen Leitschaufelfusses dienen. Dabei ist mindestens ein erstes Halteelement vorgesehen, das vorzugsweise lösbar ist und jeweils den Leitschaufelfuß am Leitschaufelring fixiert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Leitschaufelringes zu vereinfachen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Insbesondere wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelringes und durch eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Leitschaufelringes gelöst.
-
Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelringes geschaffen. Hierbei wird ein Halbzeug des Leitschaufelringes in einer Fertigungsvorrichtung bearbeitet. Der bearbeitete Leitschaufelring wird aus der Fertigungsvorrichtung entnommen. Der bearbeitete Leitschaufelring kann ferner in einen Leitschaufelträger eingebaut werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung eines Leitschaufelringes mittels des oben beschriebenen Verfahrens geschaffen. Die Fertigungsvorrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung und ein Bearbeitungsmittel auf. Die Aufnahmeeinrichtung ist derart eingerichtet, dass ein Halbzeug des Leitschaufelrings befestigbar ist und mittels des Befestigungsmittels das Halbzeug bearbeitbar ist.
-
Mit dem Begriff „Halbzeug eines Leitschaufelrings” kann ein unbearbeiteter Leitschaufelring verstanden werden, welcher noch nicht auf die endgültigen Einbaumaße und Fertigungstoleranzen eingestellt ist. Unter dem Begriff „Halbzeug” kann der Oberbegriff für vorgefertigte Rohmaterialformen, wie beispielsweise Bleche, Stangen, oder Rohre verstanden werden. Unter dem Begriff „Halbzeug” kann ferner eine „Halb-Fertigstellung” des Leitrings verstanden werden. So kann das Halbzeug des Leitschaufelrings beispielsweise aus einem Blech bzw. einem ringförmigen Blech bestehen, wobei das ringförmige Blech Nuten, beispielsweise zur Aufnahme von Leitschaufeln, aufweist.
-
Unter dem Begriff „Leitschaufelring” kann ein Teil des Leitrades einer Dampfturbine verstanden werden, in welchen beispielsweise die einzelnen Leitschaufeln mit einer definierten Ausrichtung befestigt werden können. Die Vielzahl von Leitschaufeln und der Leitschaufelring können als Ganzes ein Leitrad einer Dampfturbine definieren. Der Leitschaufelring ist ferner eingerichtet, um mittels seiner Befestigungsfläche mit einem Gehäuse einer Dampfturbine bzw. mit einem Leitschaufelträger befestigt zu werden. Die Befestigung an einen Leitschaufelträger kann ebenfalls in einer vordefinierten Ausrichtung vorgenommen werden.
-
Unter dem Begriff „Fertigungsvorrichtung” kann eine Vorrichtung verstanden werden, die das Halbzeug des Leitschaufelrings befestigt und in welcher das Halbzeug bearbeitet werden kann. Die Fertigungsvorrichtung kann ferner dieselben Abmessungen eines Innendurchmessers einer Dampfturbine und/oder eines Innendurchmessers der Befestigungsfläche des Dampfturbinengehäuses bzw. die Formen und Abmessungen des Leitschaufelträgers modellieren und definieren. Die Fertigungsvorrichtung kann somit eine Art „Dummy”-Vorrichtung bilden, worauf die spätere Einbaumaßen der Dampfturbine bzw. des Leitschaufelträgers simuliert und modelliert werden können.
-
Unter dem Begriff „Bearbeitungsschritte” bzw. der „Bearbeitung” des Halbzeugs des Leitschaufelrings können Umformverfahren wie beispielsweise umformende, zerteilende, spanende, abtragende und fügende Bearbeitungsschritte beschrieben werden. Ferner können als Bearbeitungsschritte bzw. als Bearbeitungsverfahren Erodierverfahren wie beispielsweise Einsatz von Elektroerosion verstanden werden. Dabei können beispielsweise elektroerosive Verfahren, wie Draht erodieren oder Senk- bzw. Bohrerodierung verstanden werden.
-
Bei der Herstellung von Leitringen werden diese üblicherweise in ein Turbinengehäuse bzw. in einen Leitschaufelträger eingebaut und anschließend bearbeitet, um den vorgegebenen Toleranzen und Abmessungen exakt zu entsprechen. Hierbei wird zunächst ein Halbzeug der Leitringe hergestellt, anschließend eingebaut und schließlich mittels Bearbeitungsmaschinen fertiggestellt. Gerade bei Montagen, welche vor Ort beim Kunden bzw. beim Endabnehmer vorgenommen werden, ist es dabei notwendig, Spezialwerkzeug und auch speziell ausgebildete Mitarbeiter vor Ort zu schicken, um einen Leitring bzw. einen Leitschaufelring in einen Leitschaufelträger einzubauen und zu bearbeiten. Die Notwendigkeit der Bereitstellung von speziell geschultem Montagepersonal und von mobilen Spezialwerkzeugen kann dabei zu hohen Montage-, Wartungs- und Herstellkosten von Dampfturbinen führen.
-
Mit dem beanspruchten Gegenstand wird eine Möglichkeit geschaffen, die Herstellungs- und Servicekosten von Dampfturbinen, insbesondere der Herstellung und Wartung von Leitschaufelringen zu reduzieren. Indem der Leitschaufelring zunächst als Halbzeug gefertigt wird und in einer Fertigungsvorrichtung außerhalb des eigentlichen Einbauortes bearbeitet wird, kann auf eine Bearbeitung des Leitschaufelrings in eingebautem Zustand in dem Leitschaufelträger verzichtet werden. Da der Leitschaufelring auf der Fertigungsvorrichtung bearbeitet werden kann, kann eine komplexe Endverarbeitung in einem eingebauten Zustand in dem Leitschaufelträger reduziert bzw. kann völlig darauf verzichtet werden. Dies führt zu einer schnelleren Vorortmontage der Leitschaufelringe in den Leitschaufelträger und reduziert die Herstellungs- und Wartungskosten, da die Vorortmontagezeiten verkürzt werden können. Ferner kann auf den Einsatz von komplexen mobilen Werkzeugmaschinen, welche vor Ort am Leitschaufelträger zum Einsatz kommen, verzichtet werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Halbzeug des Leitschaufelrings in der Fertigungsvorrichtung derart bearbeitet werden, dass die Bearbeitungsschritte in der Fertigungsvorrichtung vorgenommen werden und bei Montage des bearbeiteten Leitschaufelrings in den Leitschaufelträger ausschließlich Montageschritte vorgenommen werden. D. h. sämtliche Bearbeitungsschritte werden in der Fertigungsvorrichtung vorgenommen. Der Begriff „Montageschritte” kann alle Arbeitsschritte beschreiben, welche zur Befestigung des Leitschaufelrings an den Leitschaufelträger vorgenommen werden, d. h. diejenigen Bearbeitungsschritte, welche beispielsweise nicht zur Formgebung des Leitschaufelrings selbst beitragen. Mit anderen Worten kann der Leitschaufelring in der Fertigungsvorrichtung derart bearbeitet werden, dass der Leitschaufelring ohne weitere Bearbeitungsschritte in dem Leitschaufelträger einbaubar ist. Dies bedeutet, dass in dem Leitschaufelträger der bearbeitete Leitschaufelring eingebaut werden kann, ohne dass weitere Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise spanende oder Umformschritte vorgenommen werden müssen. Vor Ort sind daher ausschließlich noch Justage-, Befestigungs- oder Montageschritte notwendig, nicht jedoch weitere Bearbeitungsschritte zur Bearbeitung des Leitschaufelringes selbst. Somit kann der Leitschaufelring in den Leitschaufelträger schnell und kostengünstig eingebaut werden, ohne dass weitere Bearbeitungsschritte bzw. weitere Bearbeitungsmaßnahmen notwendig sind.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das Halbzeug des Leitschaufelrings in der Fertigungsvorrichtung zumindest genietet, geschweißt und/oder gedreht. Indem die Bearbeitungsschritte Nieten, Schweißen und Drehen bereits in der Fertigungsvorrichtung vorgenommen werden, kann auf diese Bearbeitungsschritte in dem eingebauten Zustand des Leitschaufelrings in dem Leitschaufelträger verzichtet werden. Somit können stationär Fertigungsvorrichtungen geschaffen werden, welche eine Vielzahl von stationären Bearbeitungs- bzw. Werkzeugmaschinen aufweisen, ohne dass mobile Werkzeugmaschinen zu dem Montageort des Leitschaufelrings mit dem Leitschaufelträger befördert werden müssen. Ferner können Bearbeitungsschritte, welche hohe Vibrationen oder Temperaturen erzeugen, wie beispielsweise beim Drehen, Nieten oder Schweißen, in dem näheren Umfeld des Leitschaufelträgers vermieden werden, so dass keine Verspannung und kein Verzug der Dampfturbine selbst entsteht. Somit kann die Herstellungsqualität der gesamten Dampfturbine verbessert werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird das Halbzeug des Leitschaufelrings in der Fertigungsvorrichtung mittels Schnellspanneinrichtungen gehaltert. Somit kann mit einfachen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schnellspannern, ein zügiges Befestigen und ein zügiges Lösen des Halbzeugs des Leitschaufelrings bzw. des bearbeiteten Leitschaufelrings bereitgestellt werden. Die Herstellzeiten können somit reduziert werden und somit die Produktionskosten gesenkt werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Leitschaufelring ein Ringelelement auf. In der Fertigungsvorrichtung kann einerseits ein gesamter Leitschaufelring befestigt und bearbeitet oder auch einzelne Ringsegmente bzw. Ringelemente befestigt und bearbeitet werden. Somit kann die notwendige Fläche der Fertigungsvorrichtung reduziert werden, da die einzelnen Kreissegmente bzw. Ringsegmente des Leitschaufelrings weniger Platz benötigen. Durch die Einsparung des Platzbedarfs der Fertigungsvorrichtung können weitere Kosten eingespart werden.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Leitschaufelring ein weiteres Ringelement auf. Das Ringelement und das weitere Ringelement weisen Teilfugen auf. Mittels der Teilfugen kann das Ringelement an dem weiteren Ringelement befestigt werden. Die einzelnen Ringelemente können somit mittels einfachen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Teilfugen oder Bolzenverbindungen, aneinandergereiht werden, um somit einem (geschlossenen) Leitschaufelring zu bilden. Somit können die einzelnen Ringelemente bzw. weiteren Ringelemente in der Fertigungsvorrichtung bearbeitet werden, so dass aus den Halbzeugen der Ringelemente fertig bearbeitete Ringelemente entstehen, welche vor Ort bei der Montage der Ringelemente in dem Leitschaufelträger montiert werden können und somit den gesamten Leitschaufelring bilden. Somit kann ein modulares Montagesystem von fertig bearbeiteten Ringelementen bereitgestellt werden, welches zu einer schnelleren Bearbeitungszeit und zu einer Einsparung von Platzbedarf während der Bearbeitung der Ringelemente führt.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden das Ringelement und das weitere Ringelement mittels Haltestiften befestigt. Zwischen den einzelnen Ringelementen können beispielsweise Haltestifte eingebracht werden, welche in korrespondierenden Nuten der zu befestigten Ringelemente eingreifen können. Mittels der Haltestifte können die einzelnen Ringelemente automatisch und selbsttätig zueinander ausgerichtet werden, so dass weitere Justagevorkehrungen unnötig sein können. Somit kann eine schnelle Montage der verschiedenen Ringelemente bereitgestellt werden, ohne dass aufwändige Justage- und Ausrichtungsverfahren eingesetzt werden müssen.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden Leitschaufeln in dem Leitschaufelring in der Fertigungsvorrichtung eingebaut und ausgerichtet. Mit der beispielhaften Ausführungsform können die Leitschaufeln bereits dann in dem Leitschaufelring eingebaut und ausgerichtet werden, während dieser noch in der Fertigungsvorrichtung gehaltert wird. Somit können die Leitschaufeln vormontiert und bereits ausgerichtet werden, so dass anschließend der Leitschaufelring mit den Leitschaufeln als Ganzes in dem Leitschaufelträger montiert und ausgerichtet werden kann. Somit ist ein aufwändiges Justieren und Einbauen der einzelnen Leitschaufeln vor Ort an dem Leitschaufelträger unnötig, da diese bereits vorab in der Fertigungsvorrichtung eingebaut und ausgerichtet wurden. Somit kann der Leitschaufelring als Ganzes in dem Leitschaufelträger befestigt und ausgerichtet werden, so dass mit Montage des Leitschaufelrings die Montagearbeit beendet ist. Das Montageverfahren kann somit beschleunigt werden und somit kostenreduziert werden, da die Justage aller einzelnen Leitschaufeln in dem Leitschaufelring vor Ort bzw. nach Montage des Leitschaufelrings mit dem Leitschaufelträger unnötig ist.
-
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Deckband und/oder ein Dichtblech an dem Leitschaufelring in der Fertigungsvorrichtung befestigt werden. Die Befestigung bzw. die Montage des Deckbandes und/oder des Dichtbleches an dem Leitschaufelring, während dieser sich noch in der Fertigungsvorrichtung befindet, führt zu einer Reduzierung der Montagezeit vor Ort an dem Leitschaufelträger und somit zu einer Reduzierung von Montagekosten.
-
Mit der vorliegenden Erfindung können die Leitringe in der Fertigungsvorrichtung fertig bearbeitet werden, wie zum Beispiel fertig genietet werden, und auf einen bestimmten Passdurchmesser gedreht werden. Nach dem Einbau des Leitschaufelrings in den Leitschaufelträger kann auf weitere Bearbeitungsmaßnahmen verzichtet werden bzw. sind keine weiteren Maßnahmen mehr notwendig. Damit kann der Leitschaufelring beispielsweise bei dem Kunden bzw. der Baustelle auf einfache Art und Weise mit dem Leitschaufelträger befestigt werden, ohne dass vor Ort weitere Bearbeitungsschritte an dem Leitschaufelring notwendig sind. Da zusätzliche Bearbeitungsschritte bzw. zusätzliche Arbeiten vor Ort unnötig sind, kann die Montagezeit und die Montagekosten reduziert werden. Die einzelnen Ringelemente können beispielsweise mittels Teilfugen miteinander befestigt werden und sich somit automatisch ausrichten. Ferner kann der Leitschaufelring ebenfalls über eine Teilfuge mit dem Leitschaufelträger verbunden, befestigt und ausgerichtet werden.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
-
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Herstellverfahrens eines Leitschaufelrings gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
-
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Hälfte einer Leitrades einer Dampfturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
3 eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 2.
-
1 zeigt eine beispielhafte Darstellung des Herstellverfahrens zur Herstellung eines Leitschaufelrings 210. Ein Halbzeug des Leitschaufelrings 210 kann in einer Fertigungsvorrichtung bearbeitet werden (Schritt 120). Anschließend kann der bearbeitete Leitschaufelring 210 aus der Fertigungsvorrichtung entnommen werden (Schritt 130). Der bearbeitete Leitschaufelring 210 kann in einen Leitschaufelträger 220 eingebaut werden (Schritt 140).
-
Zudem kann das Herstellungsverfahren die Schritte des Einlegens (Schritt 110) des Halbzeugs des Leitschaufelrings in die Fertigungsvorrichtung sowie das Haltern (Schritt 115) des Halbzeugs des Leitschaufelrings in der Fertigungsvorrichtung aufweisen.
-
Somit kann ein Halbzeug des Leitschaufelrings 210 bereits in einer Fertigungsvorrichtung derart bearbeitet werden, dass nach Bearbeitung in der Fertigungsvorrichtung ein bearbeiteter Leitschaufelring 210 bereitstellbar ist, in welchem keine wesentlichen bzw. keine weiteren Bearbeitungsschritte mehr notwendig sind. Vor Ort, bei der Montage des Leitschaufelrings 210 am Leitschaufelträger 220, können somit Bearbeitungsschritte reduziert bzw. vernachlässigt werden.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Hälfte eines Querschnitts einer Dampfturbine, in welchem der Bereich der Leitschaufeln 240 gezeigt wird. In dem Leitschaufelträger 220, welcher ebenfalls das Turbinengehäuse aufweisen kann, wird der Leitschaufelring 210 montiert. Der Leitschaufelring 210 wird gemäß der vorliegenden Erfindung in einen bereits (vollständigen) bearbeiteten Zustand in den Leitschaufelträger 220 eingefügt. Der Leitschaufelring kann zudem in Ringelemente bzw. weitere Ringelemente unterteilt sein. In 2 kann beispielsweise entnommen werden, dass eine Hälfte des Leitschaufelrings 210 ein solches Ringelement darstellen kann. Das Ringelement kann an den Verbindungsenden zu dem weiteren Ringelement einen Haltestift 230 oder eine Teilfuge aufweisen, mit welchen eine einfache Verbindung zu den weiteren Ringelementen bereitgestellt werden kann. Somit kann eine einfache Verbindung und eine selbsttätige Ausrichtung und Justierung der Ringelemente zueinander bereitgestellt werden.
-
3 zeigt eine Schnittdarstellung des Leitschaufelrings von 2. Der Leitschaufelring 210 ist dabei an dem Leitschaufelträger 220 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise über eine Presspassung bereitgestellt werden. An dem inneren Ende (oberer Rand) des Leitschaufelrings 210 können bereits in der Fertigungsvorrichtung mehrere Nuten 310 vorgefertigt bzw. vorbearbeitet werden. In diesen Nuten 310 können weitere funktionale Elemente, wie beispielsweise Leitschaufeln 240, angeordnet werden. Die Leitschaufeln 240 können nach Befestigung und Justierung des Leitschaufelring 210 an dem Leitschaufelträger 220 zugefügt werden oder auch bereits zu dem Zeitpunkt, zu dem der Leitschaufelträger 220 noch in der Fertigungsvorrichtung eingespannt bzw. befestigt ist.
-
Bei einer beispielhaften Fertigungsvorrichtung ist der Leitschaufelträger 220 an die Fertigungsvorrichtung mittels einer Aufnahmeeinrichtung befestigt. Ferner kann die Aufnahmeeinrichtung eingerichtet sein, den Leitschaufelring 210 bzw. das Halbzeug des Leitschaufelrings 210 in einer vordefinierten Art und Weise auszurichten, zu justieren und zu definieren. Mittels Bearbeitungsmitteln kann das Halbzeug des Leitschaufelrings 210 bearbeitet werden, so dass anschließend der bearbeitete Leitschaufelring 210 bereitstellbar ist. Das Bearbeitungsmittel kann jegliches Bearbeitungsmittel bzw. jegliche Werkzeugmaschine aufweisen. Das Bearbeitungsmittel ist daher eingerichtet, um beispielsweise verschiedenste Bearbeitungsschritte wie Erodieren, Löten, Schweißen, Fräsen, Drehen und/oder Umformen durchzuführen.