DE102009003714A1

DE102009003714A1 - Turbinenschaufelhaltesystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102009003714A1
Application number: DE102009003714A
Authority: DE
Inventors: Stephen Paul Wassynger; Nick Martin; Steven E. Tomberg
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: JP2009250237A; DE102009003714B4; JP5542357B2; FR2929662A1; US8894370B2; CN101550845B; US20090252610A1; CN101550845A

Abstract

Ein Haltesystem hält einen Turbinenschaufelschwalbenschwanz in einem Schwalbenschwanzschlitz eines Halteringes. Das Haltesystem enthält eine Halteöffnung, die in dem Schaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist. Ein Durchgangsloch ist in dem Haltering ausgebildet, wobei das Durchgangsloch derart positioniert ist, dass es mit der Halteöffnung fluchtend ausgerichtet ist, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz montiert ist. Ein Verbindungsstück ist in dem Durchgangsloch angeordnet und greift in die Halteöffnung ein. Auf diese Weise kann eine ungewünschte relative Bewegung von Teilen reduziert oder beseitigt werden, wodurch ein übermäßiger Verschleiß verhindert wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Haltesystem, das eingesetzt wird, um eine axiale und/oder radiale Bewegung eines formgestalteten Objektes in einem entsprechend geformten Schlitz zu verhindern, und insbesondere ein Haltesystem und Verfahren zur Halterung eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem Halteringschwalbenschwanzschlitz.
In einer herkömmlichen Turbinenverdichterkomponente werden Statorschaufeln in einem Haltering mittels einer Schwalbenschwanzverbindung gehalten (d. h. ein Schwalbenschwanz an der Schaufel ist in einem komplementären Schlitz in dem Haltering aufgenommen), und der Haltering ist wiederum in einem Umfangsschlitz in dem Verdichtergehäuse gesichert.
Die Passung zwischen der Schaufel und dem Schwalbenschwanzschlitz in dem Ring ist lose, um eine Montage zu ermöglichen und Toleranzen zuzulassen. Wenn die Schaufeln nicht richtig gehalten sind, kann die lose Passung dem Bauteil ermöglichen, sich in dem Schlitz zu bewegen, was zu übermäßigem Verschleiß führt. Der übermäßige Verschleiß würde eventuell zu einem Ausfall des Teils führen, so dass die Einheit außer Betrieb genommen werden muss, bis eine Reparatur vorgenommen werden kann.
Außerdem lässt eine radiale Bewegung der Schaufel in dem Schwalbenschwanzschlitz eine Veränderung des Spitzenradius während des maschinellen Bearbeitungsprozesses zu. Eine reduzierte Variation des radialen Spiels könnte gegebenenfalls die Leistung steigern und übermäßiges Anreiben der Spitze vermeiden.
Gewöhnlich ist jede Statorschaufel zur Begrenzung der Bewegung entlang des Schwalbenschwanzschlitzes des Rings durch einen oder mehrere Körnerschläge bzw. -verformungen in dem Ring gehalten. Dies ist ein Prozess, bei dem Material an dem Rand des Ringschlitzes plastisch verformt und in eine Lücke verdrängt wird, die durch eine lokale Schrägung des Statorschwalbenschwanzes erzeugt ist. Dies ist ein manueller und sehr schwankender Prozess, der in einigen Fällen einen unzureichenden Halt der Statorschaufel in dem Ringschlitz ergeben kann. Schwingungskräfte, die auf den Stator einwirken, können einen Verschleiß an der Körnungsstelle herbeiführen, der zu einem eventuellen Ausfall der Halteeinrichtung führen kann. Wenn die Körnungsstelle verschlissen ist, kann sich die Schaufel anschließend in dem Ringschlitz frei verschieben. Bei sehr hohen Amplituden kann diese Bewegung zu einer Abnützung des Ringschwalbenschwanzes und einem eventuellen Ausfall des Ringes führen. Dies könnte dann zu einer Ablösung der Schaufel und einer anschließenden mittelbaren Beschädigung an der Gasturbine führen. Dieses Problem wurde in neueren Konstruktionen der Anmelderin über eine Feststellschraubenlösung angegangen, wie sie in der auf die gleiche Anmelderin lautenden anhängigen US-Anmeldung mit der Serial Nr. 11/282,603 offenbart ist, die am 21. November 2005 eingereicht worden ist. Es sind auch Fälle dokumentiert worden, in denen Statoren entweder durch Einsetzen des Schaufelblattes in den Ring hinten oder durch Einsetzen des Stators oder Ringes an der falschen axialen Position (Stufe) inkorrekt eingebaut worden sind. Einige dieser Fehlmontagen sind als Ursachen für ein nachfolgendes Versagen der Maschinenausrüstung identifiziert worden.
Es bleibt jedoch ein Bedarf nach einer verlässlichen, gegen Fehler sicheren Haltemethode zur Sicherung einer Statorbeschaufelung in Turbomaschinen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Haltesystem zur Verwendung bei der Montage eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem passenden Schwalbenschwanzschlitz in einem Haltering, wobei das Haltesystem aufweist: einen ersten Halteschlitz, der in dem Schaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist; einen zweiten Halteschlitz, der in einem Haltering ausgebildet ist, wobei der zweite Schlitz mit dem ersten Halteschlitz in offener Verbindung steht, wobei der erste Halteschlitz derart positioniert ist, dass er mit dem zweiten Halteschlitz ausgerichtet ist, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz montiert ist; und ein Sicherungselement, das in dem ersten und dem zweiten Halteschlitz angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Halten eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem Halteringschwalbenschwanzschlitz, das aufweist: Ausbilden eines Halteschlitzes in dem Schaufelschwalbenschwanz; Ausbilden eines Sicherungsschlitzes in dem Haltering in einer derartigen Weise, dass der Sicherungsschlitz in den Halteschlitz mündet; und Einsetzen eines Sicherungselementes in den Halteschlitz und den Sicherungsschlitz.
Die Erfindung ist nun in Einzelheiten in Verbindung mit den nachstehend angegebenen Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine ausschnittsweise, vereinfachte Querschnittsansicht einer herkömmlichen Verdichteranordnung;
2 zeigt eine nach hinten betrachtete Vorderansicht einer herkömmlichen Statorringanordnung;
3 zeigt eine Explosionsansicht unter Veranschaulichung eines Schaufelhaltesystems gemäß einer hier offenbarten beispielhaften, nicht beschränkenden Ausführungsform;
4 zeigt eine im montierten Zustand dargestellte Ansicht des in 3 veranschaulichten Haltesystems;
5A zeigt eine schematisierte Querschnittsansicht des in 4 veranschaulichten Systems; und
5B zeigt eine der 5A ähnliche Ansicht, jedoch unter Veranschaulichung einer Ausgestaltung ohne eine Radialhalteeinrichtung.
Die folgende detaillierte Beschreibung einer beispielhaften, nicht beschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf Verdichterstatorschaufeln einer Gasturbine angewandt, die in dem Verdichtergehäuse über einen Haltering gehalten sind (der gewöhnlich mehrere bogenförmige Segmente aufweist). Diese Ausführungsform ist jedoch nur beispielhafter Natur, und die Erfindung soll jede sonstige Anwendung mit umfassen, in der es erwünscht ist, ein Teil innerhalb eines Schlitzes zu halten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht, die Turbinenstatorschaufeln 10 in einem herkömmlichen Verdichter veranschaulicht, der durch ein feststehendes Gehäuse 12 dargestellt ist. Die Schaufeln sind gewöhnlich über einen (nicht veranschaulichten) Schwalbenschwanzabschnitt gesichert, der mit einem entsprechend geformten (nicht veranschaulichten) Schwalbenschwanzschlitz in einem Statorhaltering 14 in Eingriff steht. Die Halteringe sind wiederum in Umfangsschlitzen 16 in dem Gehäuse 12 verschiebbar aufgenommen und gesichert. Die Statorschaufeln 10 wechseln sich in einer axialen Richtung mit Laufschaufeln 18 ab, die sich von dem Rotor 20 aus radial nach außen erstrecken. Radial innere Enden der Statorschaufeln können ummantelt oder nicht ummantelt sein, wobei jedoch dieser Aspekt für die Zwecke dieser Erfindung nicht wichtig ist. Es versteht sich, dass der Ring 14 aus zwei oder mehreren Bogensegmenten zusammengesetzt sein kann.
2 veranschaulicht eine Statorringanordnung 22, in der mehrere Statorschaufeln (Gasturbinenstatorschaufeln) 10 in dem Statorhaltering 14 gesichert sind.
3 zeigt eine explodierte Perspektivansicht eines Schaufelhaltesystems zur Sicherung einer Gasturbinenverdichterstatorschaufel 24 innerhalb eines Halterings 26 gemäß einer beispielhaften, nicht beschränkenden Ausführungsform der Erfindung. Jede Turbinenschaufel 24 enthält ein Schaufelblatt 28 und einen Schaufelschwalbenschwanz 30 an einem Ende von dieser, der in einem entsprechend passend geformten Schwalbenschwanzschlitz 32 in einem Haltering 26 montiert ist, der dem Haltering 14 (1, 2) bis auf die nachstehend angegebenen Ausnahmen ähnlich ist.
In der beispielhaften Ausführungsform ist in dem Schaufelschwalbenschwanz 30 ein Halteschlitz 34 eingeformt, wobei der Schlitz zu einer Richtung A zur axialen Einführung des Schwalbenschwanzes 30 in den Schwalbenschwanzschlitz 32 hinein im Wesentlichen senkrecht orientiert ist. In anderen Worten erstreckt sich der Halteschlitz 34 in im Wesentlichen derselben Umfangsrichtung wie der Haltering 26, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu der Längendimension des Schaufelschwalbenschwanzes 30. Ein Sicherungsdrahtschlitz 36 ist in dem Haltering 26, ebenfalls in der Umfangsrichtung, und in offener Kommunikationsverbindung mit dem Schwalbenschwanzschlitz 32, der den Statorschaufelschwalbenschwanz 30 aufnimmt, und somit ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu dem Schaufelschwalbenschwanz 30 ausgebildet. Somit werden der Halteschlitz 32 und der Sicherungsdrahtschlitz 36 bei der Montage in einer Radialrichtung derart zueinander ausgerichtet, dass ein Sicherungsdraht 38 in beide Schlitze 36 und 32 eingeführt werden kann, um dadurch den Statorschaufelschwalbenschwanz 30 in dem Ring 26 zu halten (siehe 4). Es ist zu beachten, dass der Sicherungsdraht 38 sowohl eine radiale als auch eine axiale Positionierung und Halterung schafft. In dieser Hinsicht beseitigt der in den Schlitz 36 eingepresste Draht 38 jedes Radialspiel zwischen dem Schwalbenschwanz 30 und dem Schlitz 32, während er gleichzeitig jede Bewegung des Schwalbenschwanzes 30 in Axialrichtung entlang des Schlitzes 32 verhindert. Außerdem wird, indem der Schlitz 34 entlang der Längserstreckung des Schwalbenschwanzes 30 asymmetrisch platziert ist, eine fehlersichere Zusammenfügung beim Einführen der Statorschaufel in den Ringschlitz 32 sichergestellt.
Indem nun auf die 5A und 5B Bezug genommen wird, kann der Sicherungsdraht 38, wenn er in dem Sicherungsdrahtschlitz 36 vollständig eingesetzt ist, an seinen gegenüberliegenden Seiten 40, 42 verkörnt werden, um den Sicherungsdraht in Stellung zu halten. Wenn er vollständig eingesetzt ist, kann der Sicherungsdraht eine Lücke oder Ausnehmung 44 oberhalb des Drahtes und innerhalb des Ringes 26 ergeben. Diese Ausgestaltung lässt Freiraum für einen in dem Gehäuse (siehe 12 in 1) platzierten Positionierstift 46, um eine Fehlersicherung der Ringstatoranordnung in dem Gehäuse zu schaffen. Auf diese Weise ist es möglich, die Statoren innerhalb des Rings auf nur eine einzige Weise zu montieren und die Statorringanordnung innerhalb des Gehäuses auf nur eine einzige Weise zu montieren.
Es ist zu beachten, dass in 5A sowohl ein axialer als auch ein radialer Halt erreicht werden, während in 5B ohne ein Verkörnen bei 40, 42 lediglich ein axialer Halt erzielt wird. Jedoch könnte in dem Fall gemäß 5B eine radial ausgerichtete Feststellschraube oder dergleichen, die durch den Leitschaufelring 44 hindurch (benachbart zu dem Sicherungsdraht) eingeführt wird, eingesetzt werden, um einen radialen Halt zu erzielen. Es ist zu beachten, dass in 5B der Sicherungsdraht nicht vollständig eingesetzt sein muss, wie in 5A veranschaulicht, und er kann innerhalb des Sicherungsdrahtschlitzes 36 eine lose oder feste Passung haben.
Während die Erfindung in Verbindung mit den momentan als die praktikabelsten und bevorzugten angesehenen Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Einrichtungen mit umfassen soll, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
Ein Haltesystem hält einen Turbinenschaufelschwalbenschwanz in einem Schwalbenschwanzschlitz eines Halteringes. Das Haltesystem enthält eine Halteöffnung, die in dem Schaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist. Ein Durchgangsloch ist in dem Haltering ausgebildet, wobei das Durchgangsloch derart positioniert ist, dass es mit der Halteöffnung fluchtend ausgerichtet ist, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz montiert ist. Ein Verbindungsstück ist in dem Durchgangsloch angeordnet und greift in die Halteöffnung ein. Auf diese Weise kann eine ungewünschte relative Bewegung von Teilen reduziert oder beseitigt werden, wodurch ein übermäßiger Verschleiß verhindert wird.

Claims

Haltesystem zur Verwendung bei der Montage eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem passenden Schwalbenschwanzschlitz in einem Haltering, wobei das Haltesystem aufweist: einen ersten Halteschlitz, der in dem Schaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist; einen zweiten Halteschlitz, der in einem Haltering ausgebildet ist, wobei der zweite Schlitz mit dem ersten Halteschlitz in offener Verbindung steht, wobei der erste Halteschlitz derart positioniert ist, dass er mit dem zweiten Halteschlitz ausgerichtet ist, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz montiert ist; und ein Sicherungselement, das in dem ersten und dem zweiten Halteschlitz angeordnet ist.
Haltesystem nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Halteschlitz im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Einführung des Turbinenstatorschaufelschwalbenschwanzes in den Halteringschwalbenschwanzschlitz ausgerichtet ist.
Haltesystem nach Anspruch 2, wobei sich der zweite Halteschlitz ringförmig rings um den Haltering erstreckt.
Haltesystem nach Anspruch 1, wobei das Sicherungselement einen länglichen flexiblen Sicherungsdraht aufweist.
Haltesystem nach Anspruch 1, wobei das Sicherungselement in dem ersten und dem zweiten Halteschlitz im Presssitz angebracht ist, wobei zwischen dem Sicherungselement und einer Außenfläche des Halteringes ein Freiraum ist.
Haltesystem nach Anspruch 1, wobei das Sicherungselement in dem ersten Halteschlitz mit Presssitz, jedoch in dem zweiten Halteschlitz mit Spielpassung angeordnet ist.
Haltesystem nach Anspruch 1 in Kombination mit einem Turbinengehäuse, das einen zur Aufnahme des Halteringes eingerichteten Halteringschlitz und einen oder mehrere Zapfen aufweist, die aus dem Halteringschlitz vorragen und eingerichtet sind, um in dem zweiten Halteschlitz aufgenommen zu werden.
Haltesystem zur Verwendung bei der Montage eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem Halteringschwalbenschwanzschlitz, wobei das Haltesystem aufweist: einen ersten Halteschlitz, der in dem Schaufelschwalbenschwanz ausgebildet ist; einen zweiten Halteschlitz, der in dem Haltering in offener Verbindung mit dem ersten Halteschlitz ausgebildet ist, wobei der erste Halteschlitz derart positioniert ist, dass er mit dem zweiten Halteschlitz ausgerichtet ist, wenn der Schwalbenschwanz in dem Schwalbenschwanzschlitz montiert ist; und ein Verriegelungselement, das in dem ersten und dem zweiten Halteschlitz angeordnet ist; wobei der erste und der zweite Halteschlitz im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Einführung des Turbinenstatorschaufelschwalbenschwanzes in den Halteringschwalbenschwanzschlitz ausgerichtet sind; und wobei sich der zweite Halteschlitz ringförmig rings um den Haltering erstreckt; und wobei das Sicherungselement einen länglichen flexiblen Sicherungsdraht aufweist.
Haltesystem nach Anspruch 8, wobei das Sicherungselement in dem ersten und dem zweiten Halteschlitz im Presssitz angeordnet ist, wobei zwischen dem Sicherungselement und einer Außenfläche des Halterings ein Freiraum vorhanden ist.
Haltesystem nach Anspruch 7 in Kombination mit einem Turbinengehäuse, das einen zur Aufnahme des Halteringes eingerichteten Halteringschlitz und einen oder mehrere Zapfen aufweist, die aus dem Halteringschlitz vorragen und eingerichtet sind, um in dem zweiten Halteschlitz aufgenommen zu werden.
Verfahren zum Halten eines Turbinenschaufelschwalbenschwanzes in einem Halteringschwalbenschwanzschlitz, das aufweist: Ausbilden eines Halteschlitzes in dem Schaufelschwalbenschwanz; Ausbilden eines Sicherungsschlitzes in dem Haltering in einer derartigen Weise, dass sich der Sicherungsschlitz in den Halteschlitz hinein öffnet; und Einsetzen eines Sicherungselementes in den Halteschlitz und den Sicherungsschlitz.