DE102009004933A1

DE102009004933A1 - Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters

Info

Publication number: DE102009004933A1
Application number: DE200910004933
Authority: DE
Inventors: Frank Stiehler
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29
Also published as: WO2010081466A1

Abstract

Eine Leitschaufel (14) für einen Stator eines Turboverdichters weist einen äußeren Leitschaufelteller (22), an den ein Schaufelblatt (24) anschließt, und einen inneren Leitschaufelteller (20) auf, an den ein Innenzapfen (16) für eine Montage der Leitschaufel (14) in einer Lageröffnung (18) eines Innenrings (10) anschließt. An der Umgangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) ist eine Fase (26) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters, mit einem äußeren Leitschaufelteller, an den ein Schaufelblatt anschließt, und einem inneren Leitschaufelteller, an den ein Innenzapfen für eine Montage der Leitschaufel in einer Lageröffnung eines Innenrings anschließt. die Erfindung betrifft ferner eine Baugruppe aus einem Innenring und mehreren erfindungsgemäßen Leitschaufeln.
Bei Turboverdichtern für Gasturbinen, die einen beschaufelten Stator aufweisen, werden die Leitschaufeln auf einem drehfesten Innenring gelagert. Der Innenring ist mit Öffnungen (Lagersenkungen) versehen, in die die Innenzapfen der Leitschaufeln einsetzbar sind. Die Installation (Montage) des Innenrings erfolgt aber erst, wenn die Leitschaufeln im rohrförmigen Verdichtergehäuse oder einem Gehäuseteil vormontiert sind. Die Gesamtheit oder, wie im später beschriebenen Montageverfahren zutreffend, ein Teil der vom Innenring zu haltenden Leitschaufeln, die im Gehäuse bzw. Gehäuseteil bereits vormontiert sind, wird hier als Leitschaufelkranz bezeichnet. Der Leitschaufelkranz ist in letzterem Fall ein Teilring (z. B. mit einem Mittelpunktswinkel ≈ 180°) von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln.
Bei Innenringen ohne axiale Teilung wird der Innenring segmentweise am Leitschaufelkranz montiert. Der Innenring ist deshalb in Umfangsrichtung in einzelne Segmente mit einem Mittelpunktswinkel < 180° unterteilt, und die Segmente mit den Öffnungen werden einzeln in die Innenzapfen der Leitschaufeln ”eingefädelt”, soweit die Spalte zwischen den Segmenten dies zulassen. In der Praxis weisen die Segmente daher in der Regel einen Mittelpunktswinkel auf, der nicht größer als 30° ist.
Ein Verfahren zur Montage eines segmentierten Innenrings ohne axiale Teilung ist aus der gattungsgemäßen DE 10 2006 024 085 A1 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird ausgenutzt, dass die Öffnungen in den Segmenten des Innenrings im Durchmesser deutlich größer sind als die Innenzapfen der Leitschaufeln, so dass letztere zeitweilig exzentrisch und schräg in den Öffnungen positioniert sein können. Um die Montage zu erleichtern, weisen die in den Innenring eintauchenden Platten der Leitschaufeln eine konische oder ballige Verjüngung auf. In die Öffnungen des Innenrings werden anschließend radial von innen Lagerbuchsen eingesetzt.
Segmentierte Innenringe haben jedoch im Vergleich zu einteiligen, geschlossenen (integralen) Innenringen grundsätzliche Nachteile. So führt die Segmentierung zu einem größeren Verschleiß und einer erheblich verkürzten Lebensdauer. Außerdem führt die Segmentierung zu einem unerwünschten Clusterschwingen. Es wird daher angestrebt, integrale Innenringe ohne axiale Teilung zu verwenden.
Um solche Innenringe an einen Leitschaufelkranz zu montieren, ist ein Verfahren denkbar, bei dem der Innenring zunächst auf einen äußeren Radius vorgespannt wird, der kleiner ist als der äußere Radius des ungespannten Innenrings. Durch Entspannen auf seinen ursprünglichen Außenradius kann der Innenring in den Leitschaufelkranz eingefädelt werden. Einzelheiten dieses Verfahrens sind Gegenstand einer separaten Patentanmeldung, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leitschaufelgestaltung anzugeben, die ein besseres Einfädeln eines Innenrings, insbesondere eines integralen Innenrings, in einen Leitschaufelkranz ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Leitschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leitschaufel ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters weist einen äußeren Leitschaufelteller, an den ein Schaufelblatt anschließt, und einen inneren Leitschaufelteller auf, an den ein Innenzapfen für eine Montage der Leitschaufel in einer Lageröffnung eines Innenrings anschließt. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Leitschaufel liegt darin, dass an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers eine Fase gebildet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein integraler Innenring so verformbar gestaltet werden kann, dass der Innenring bei geeigneter geometrischer Auslegung der Öffnungen des Innenrings und der Innenzapfen der Leitschaufeln so vorgespannt werden kann, dass die Verformungsbewegung des Innenrings bei dessen Entspannung zum Einfädeln des Innenrings in den Leitschaufelkranz genutzt werden kann. Die an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers vorgesehene Fase verhindert beim Einfädeln des Innenrings eine Kollision des Innenrings mit den Leitschaufeln. Im Falle eines Einfädelns durch Entspannen des Innenrings reicht aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Fasung eine geringere Vorkrümmung des Innenrings aus.
Gegenstand der Erfindung ist auch Baugruppe aus einem Innenring und mehreren Leitschaufeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring integral ausgeführt und zur Montage an den Leitschaufeln verformbar ist
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Leitschaufelkranzes und eines noch nicht eingefädelten Innenrings;
2 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Leitschaufel;
3 eine Unteransicht der Leitschaufel aus 2; und
4a bis 4d eine Bewegungsabfolge beim Einfädeln des Innenrings in den Leitschaufelkranz.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Gestaltung einer Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Montage eines integralen Innenrings an einen Leitschaufelkranz näher erläutert. Der Innenring ist in den Figuren transparent dargestellt, um erfindungswesentliche Einzelheiten besser sichtbar zu machen.
Zunächst wird ein integraler, also ungeteilter, einstückiger Innenring 10 (siehe 1) mit einem über den Umfang konstanten äußeren Radius bereitgestellt. Dieser Radius entspricht einem inneren Radius des Leitschaufelkranzes 12, an den der Innenring 10 montiert werden soll. Wie eingangs bereits erwähnt, ist der Leitschaufelkranz 12 die Gesamtheit oder, wie im folgenden Montageverfahren beschrieben, ein Teil der vom Innenring 10 zu haltenden Leitschaufeln 14, die im rohrförmigen Gehäuse bzw. in einem Gehäuseteil des Verdichters bereits vormontiert sind. Der Leitschaufelkranz 12 ist in letzterem Fall ein Teilring (vorzugsweise mit einem Mittelpunktswinkel ≈ 180°) von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln 14.
Jede Leitschaufel 14 des Leitschaufelkranzes weist, wie in den 2 und 3 gezeigt, einen Innenzapfen 16 auf, der in einer zugeordneten Öffnung 18 (Lagersenkung) des Innenrings 10 gelagert wird. An den Innenzapfen 16 schließt sich ein innerer Leitschaufelteller 20 an. Von einem äußeren Leit schaufelteller 22, der einen größeren Außendurchmesser als der innere Leitschaufelteller 20 hat, erstreckt sich ein Schaufelblatt 24. An der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) ist eine Fase (26) vorgesehen. Die Fase 26 kann durch Drehen, Fräsen, Erodieren, Schleifen oder Schmieden gebildet sein.
In 2 ist auch eine Hilfskonstruktion 28 zur beispielhaften Erzeugung der Fase als Regelgeometrie (Kegelschnitt) angedeutet. Die Extrusions- und Cutrichtung ist durch den Pfeil A angegeben.
Die 4a bis 4d zeigen in zeitlicher Folge den Bewegungsablauf beim Einfädeln des integralen Innenrings 10, bis dieser seine Betriebsendlage einnimmt. Der radial nach innen vorgespannte Innenring 10 expandiert nach außen, so dass die Leitschaufeln 14 bis zum äußeren Leitschaufelteller 22 in die Öffnungen 18 des Innenrings 10 eintauchen. Aufgrund der Fase 26 erfolgt diese Bewegung des Innenrings 10 ohne Kollision mit den Leitschaufeln 14.

10: Innenring
12: Leitschaufelkranz
14: Leitschaufeln
16: Innenzapfen
18: Öffnungen
20: innerer Leitschaufelteller
22: äußerer Leitschaufelteller
24: Schaufelblatt
26: Fase
28: Hilfskonstruktion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006024085 A1 [0004]

Claims

Leitschaufel (14) für einen Stator eines Turboverdichters, mit einem äußeren Leitschaufelteller (22), an den ein Schaufelblatt (24) anschließt, und einem inneren Leitschaufelteller (20), an den ein Innenzapfen (16) für eine Montage der Leitschaufel (16) in einer Lageröffnung (18) eines Innenrings (10) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) eine Fase (26) gebildet ist.
Leitschaufel (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (26) durch Drehen, Fräsen, Erodieren, Schleifen oder Schmieden gebildet ist.
Leitschaufel (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (26) eine Regelgeometrie, insbesondere die eines Kegelschnitts hat.
Baugruppe aus einem Innenring (10) und mehreren Leitschaufeln (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) integral ausgeführt und zur Montage an den Leitschaufeln (14) verformbar ist.