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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelträgeranordnung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine oder für einen Verdichter, sowie einem Verfahren zum Befestigen eines Leitschaufelträgers an einer Halterung einer Strömungsmaschine und einem Verfahren zum Einstellen einer relativen Position zwischen dem Leitschaufelträger und der Halterung in einem Turbinengehäuse.
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Hintergrund der Erfindung
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Heutzutage werden vielstufige Überdruckturbinen mit Gehäusen ausgestattet, bei welchen Leitschaufelträger an Innenseiten der Gehäuse befestigt sind. Die Leitschaufelträger werden derart an eine Halterung an dem Gehäuse der Turbine befestigt, dass die Leitschaufelträger einstellbar und justierbar sind, um die Ausrichtung der Leitschaufel und der Radialspalte in Labyrinthen exakt einzustellen.
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Zur Fixierung der Leitschaufelträger an Halterungen an dem Gehäuse werden meist Nut-Steg-Verbindungen gebildet. Ferner wird ein Verbindungsbolzen verwendet, um den Leitschaufelträger mit der Halterung in Umfangsrichtung einzustellen. An den Verbindungen werden Passelemente angebracht, um eine gewünschte Position einzustellen. Die Passelemente müssen dabei exakt auf Maß geschliffen werden, um die gewünschten Einbauposition des Leitschaufelträgers am Turbinengehäuse umzusetzen. Weisen die Leitschaufelträger oder die Halterungen Fertigungstoleranzen auf, so müssen die Passelemente erneut entfernt und neu angepasst werden. Dies führt zu einem aufwendigen und zeitintensiven Montageverfahren.
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Anstatt der Passelemente können auch Fixierungsschrauben verwendet werden, welche in tangentialer Richtung bezüglich eines Kreises, welcher als Mittelpunkt die Turbinenmittelachse aufweist, im Leitschaufelträger und der Halterung befestigt werden.
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WO 2010/007136 A1 offenbart eine bekannte Leitschaufelträgeranordnung zur Fixierung eines Leitschaufelträgers einer Turbine. Der Leitschaufelträger ist in Form eines halbkreisförmigen Trägers ausgebildet. Der Leitschaufelträger ist über einen Drehpin unten mit der Halterung schwenkbar gelagert. An den jeweiligen Enden des Leitschaufelträgers sind Verbindungsbolzen angeordnet. Die Verbindungsbolzen sind tangential bezüglich eines Kreises, welcher eine Mittelachse der Turbine als Mittelpunkt aufweist, ausgerichtet. Mittels Kopplung von Einstellschrauben mit dem Verbindungsbolzen wird eine Verschwenkung des Leitschaufelträgers um den Drehpin ermöglicht.
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5 zeigt eine konventionelle Ausführungsform einer Leitschaufelträgeranordnung. Ein bekannter Leitschaufelträger 501 ist in einer herkömmlichen Halterung 502 befestigt. Die Halterung 502 weist eine Befestigungsschiene auf, in welcher ein äußeres U-Profil des Leitschaufelträgers 501 eingreifen kann, so dass eine Nut-Feder-Verbindung herstellbar ist. Der Leitschaufelträger 501 ist um einen bekannten Drehpin 505, welcher in Axialrichtung bezüglich der Turbinenmittelachse ausgerichtet ist, schwenkbar. An den jeweiligen Enden des Leitschaufelträgers 501 verbindet ein in Axialrichtrung verlaufender Verbindungsbolzen 504 den Leitschaufelträger 501 mit der Halterung 502. Mittels Kopplung tangential ausgerichteter Einstellschrauben 503 mit den Verbindungsbolzen 504 wird eine Einstellung des Leitschaufelträgers 501 relativ zu der Halterung 502 ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Montage- und Einstellsystem eines Leitschaufelträgers bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch eine Leitschaufelträgeranordnung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine oder für einen Verdichter, sowie einem Verfahren zum Befestigen eines Leitschaufelträgers an eine Halterung einer Strömungsmaschine gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Leitschaufelträgeranordnung für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine oder für einen Verdichter, beschrieben. Die Leitschaufelträgeranordnung weist einen Leitschaufelträger und eine Halterung zum Befestigen des Leitschaufelträgers auf. Ferner weist die Leitschaufelträgeranordnung einen Exzenterbolzen und ein Auflageelement auf, welches auf einer Auflagefläche der Halterung aufliegt. Der Leitschaufelträger und das Auflageelement sind derart mit dem Exzenterbolzen gekoppelt, dass mittels einer Drehung des Exzenterbolzens eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und dem Auflageelement änderbar ist.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Befestigen eines Leitschaufelträgers an eine Halterung einer Strömungsmaschine beschrieben. Gemäß dem Verfahren wird ein Auflageelement auf einer Auflagefläche der Halterung aufgelegt. Der Leitschaufelträger und das Auflageelement werden mit einem Exzenterbolzen derart gekoppelt, dass mittels einer Drehung des Exzenterbolzens eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und dem Auflageelement geändert wird.
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Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen einer relativen Position zwischen einem Leitschaufelträger und einer eine Halterung gemäß der oben beschriebenen Leitschaufelträgeranordnung beschrieben. Eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und dem Auflageelement wird mittels Drehens des Exzenterbolzens eingestellt.
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Der Leitschaufelträger dient bei Strömungsmaschinen, wie z. B. Turbinen, zur Befestigung der Leitschaufeln in dem Strömungsmaschinengehäuse bzw. dem Turbinengehäuse. Der Leitschaufelträger kann kreisförmig ausgebildet sein. Ferner kann der Leitschaufelträger aus einer Vielzahl von Kreissegmenten bzw. Kreisbogensegmenten bestehen. Ein Kreissegment des Leitschaufelträgers kann beispielsweise eine Halbkreisform bzw. Bogenform aufweisen und entlang einer Gehäusehälfte der Turbine verlaufen.
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Der Begriff ”Halterung” beschreibt eine Vorkehrung an der Innenseite des Turbinengehäuses, an welcher der Leitschaufelträger befestigt wird. Die Halterung kann einstückig und integral mit dem Turbinengehäuse beispielsweise in einem gemeinsamen Gießvorgang hergestellt werden. Ferner kann die Halterung auch separat und unabhängig von dem Turbinengehäuse herstellbar sein und mittels Verbindungselementen an der Innenseite des Turbinengehäuses befestigt werden. Die Halterung besteht beispielsweise aus einer Schiene, bzw. einem Steg, welcher entlang der Innenseite des Turbinengehäuses verläuft. In diesem Falle kann beispielsweise ein U-förmiges, bogenförmiges Außenprofil des Leitschaufelträgers den Steg der Halterung in Eingriff nehmen, so dass eine Führung und Befestigung bereitstellbar ist.
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Das Auflageelement beschreibt ein Bauteil, welches weder an dem Leitschaufelträger noch an der Halterung unbeweglich befestigt ist und somit bezüglich des Leitschaufelträgers oder der Halterung relativ in einer Richtung verschieblich ist. Das Auflageelement kann auch mittels einer Führung an dem Leitschaufelträger und/oder an der Halterung, z. B. mit einer Nut-Feder-Verbindung, geführt sein und zumindest in einer Richtung verschiebbar bzgl. dem Leitschaufelträger und/oder der Halterung sein. Das Auflageelement kann beispielsweise als eine Passscheibe mit einer Vieleckform ausgebildet sein. Über eine Kante des Auflageelements, welche auf der Auflagefläche aufliegt, wird die Gewichtskraft übertragen. Das Auflageelement ist entlang der Kantenfläche der Kante, d. h. in einer Richtung orthogonal zur Normalen der Kantenfläche, gleitend verschieblich. Damit kann eine temperaturbedingte Ausdehnung des Leitschaufelträgers, des Gehäuses oder der Halterung durch ein Gleiten des Auflageelements ausgeglichen werden. Das Auflageelement weist eine Bohrung auf, durch welche der Exzenterbolzen zur Kopplung des Auflageelements an dem Leitschaufelträger befestigt ist. Die Mittelachse der Bohrung ist insbesondere parallel zu der Turbinenmittelachse ausgerichtet, so dass der Exzenterbolzen derart einführbar ist, dass die Mittelachse des Exzenterbolzens parallel zu der Turbinenmittelachse verläuft.
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Die Halterung weist ferner eine Auflagefläche auf, auf welcher das Auflageelement auflegbar ist, ohne dass dadurch eine Fixierung des Auflageelements geschaffen wird. Durch Auflage des Auflageelements auf der Auflagefläche kann eine Kraftübertragung von dem Auflageelement in Richtung der Normalen der Auflagefläche geschaffen werden. Somit kann beispielsweise eine Gewichtskraft und vor allem das Drehmoment des Leitschaufelträgers über das Auflageelement entlang der Normalen der Auflagefläche auf die Halterung übertragen werden. Entlang der Auflagefläche (d. h. rechtwinklig zur Normalen) bleibt das Auflageelement beispielsweise verschiebbar.
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Der Exzenterbolzen beschreibt einen Bolzen, welcher in Längsrichtung zumindest einen exzentrischen Teilbereich bzw. einen Exzenterbereich aufweist. Der Exzenterbereich weist eine Symmetrieachse auf, welche einen Abstand zu der Symmetrieachse bzw. zu der Drehachse (Längsachse) eines weiteren Bolzenbereichs des Exzenterbolzens aufweist. Die Drehachse des weiteren Bolzenbereichs wird durch dessen Mittelachse definiert, wobei die Mittelachse des Bolzenbereichs durch den Mittelpunkt einer Bohrung des Auflageelements oder des Leitschaufelträgers verläuft.
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Der Leitschaufelträger und das Auflageelement sind derart mit dem Exzenterbolzen gekoppelt, dass der Exzenterbereich des Exzenterbolzens entweder im Auflageelement oder im Leitschaufelträger plazierbar ist. Durch Drehung des Exzenterbolzens verschiebt sich somit das Auflageelement relativ zu dem Leitschaufelträger. Bei Auflage des Auflageelements auf der Auflagefläche ändert die Änderung der relativen Position zwischen dem Auflageelement und dem Leitschaufelträger ebenfalls eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und der Halterung selbst, zumindest entlang der Kraftübertragungsrichtung entlang der Normalen der Auflagefläche.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Leitschaufelträgeranordnung mit nur wenigen Bauteilen geschaffen. Die Leitschaufelträgeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Umsetzung eines Einstellsystems des Leitschaufelträgers ausschließlich die Halterung, den Leitschaufelträger, den Exzenterbolzen und das Auflageelement aufweisen. Das Auflageelement bildet ferner im Vergleich zu einer bekannten Einstellschraube eine große Kraftübertragungsfläche an der Auflagefläche, da die bekannten Einstellschraube lediglich mit ihrer Querschnittsfläche oder Gewindeverbindung eine Kraft übertragen kann. Somit wird eine robustere Leitschaufelträgeranordnung geschaffen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Auflagefläche derart angeordnet, dass eine erste Normale der Auflagefläche tangential (in Umfangsrichtung) bezüglich eines Kreises ist, welcher eine Mittelachse der Turbine als Mittelpunkt aufweist. Insbesondere, wenn der Leitschaufelträger als halbkreisförmiger bzw. bogenförmiger Träger ausgebildet ist, können der Exzenterbolzen und das Auflageelement an den jeweiligen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Endbereichen des (bogenförmigen) Leitschaufelträgers angeordnet sein. Eine Verstellung der Exzenterbolzen führt zu einer Kraftübertragung entlang einer tangentialen Richtung bezüglich der Turbinenmittelachse, so dass sich die Endbereiche des Leitschaufelträgers tangential verschieben und der Leitschaufelträger z. B. gleichmäßig um die Mittelachse der Turbine verschwenkbar ist.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Exzenterbolzen einen Gewindeabschnitt auf, wobei der Exzenterbolzen mit dem Gewindeabschnitt in ein korrespondierendes Gewinde in dem Leitschaufelträger und/oder in dem Auflageelement einschraubbar bzw. eingeschraubt ist. Mittels Einschraubens des Exzenterbolzens in einem Gewindeabschnitt kann eine Sicherung geschaffen werden, welche ein ungewolltes Herausfallen des Exzenterbolzens verhindern kann.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Exzenterbolzen den Exzenterbereich auf. Der Leitschaufelträger und das Auflageelement sind derart mit dem Exzenterbolzen gekoppelt, dass sich der Exzenterbereich in dem Leitschaufelträger oder in dem Auflageelement befindet, so dass die Drehung des Exzenterbereichs eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und dem Auflageelement ändert.
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Der Exzenterbolzen kann in einer weiteren Ausführungsform einen weiteren Exzenterbereich aufweisen, welcher einen unterschiedlichen Abstand zu dem Exzenterbereich aufweist. So kann beispielsweise der eine Exzenterbereich in dem Leitschaufelträger und der weitere Exzenterbereich in dem Auflageelement befestigt werden. Ein Bedienbereich, wie beispielsweise ein Sechskantschraubenkopf oder ein Innensechskant, kann sich beispielsweise auf einer mittigen Drehachse (Symmetrieachse) des Exzenterbolzens bzw. auf einer Mittelachse des Bohrlochs in dem Auflageelement oder dem Leitschaufelträger befinden. Der Exzenterbereich und/oder der weitere Exzenterbereich können sich in unterschiedlichen Abständen zu der Drehachse befinden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Leitschaufelträgeranordnung ferner einen Drehzapfen auf, welcher eine Drehachse aufweist, die ungefähr parallel zu der Mittelachse der Turbine verläuft. Der Drehzapfen ist derart eingerichtet, dass der Drehzapfen den Leitschaufelträger und die Halterung koppelt und der Leitschaufelträger um die Drehachse relativ zu der Halterung verschwenkbar ist. Der Abstand des Drehzapfens zu einem ersten Ende des Leitschaufelträgers und zu einem zweiten Ende des Leitschaufelträgers kann in einer beispielhaften Ausführungsform gleich sein. Ist an einem ersten Endbereich des (bogenförmigen) Leitschaufelträgers ein erster Exzenterbolzen mit einem ersten Auflageelement und an einem zweiten Endbereich des (bogenförmigen) Leitschaufelträgers ein zweiter Exzenterbolzen mit einem zweiten Auflageelement angeordnet, so führt eine Verstellung des ersten und/oder des zweiten Exzenterbolzens zu einem Verschwenken des Leitschaufelträgers um den Drehzapfen. Durch Verstellung des ersten und/oder des zweiten Exzenterbolzens kann auch eine Höhenverstellung des Leitschaufelträgers bereitgestellt werden. Mittels Drehung der Exzenterbolzen kann eine äußerst genaue Justierung des Leitschaufelträgers bewirkt werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Halterung eine Anlagefläche mit einer zweiten Normale auf. Die Anlagefläche ist derart ausgebildet, dass die zweite Normale parallel zu der Mittelachse der Turbine verläuft, wobei der Exzenterbolzen an der Anlagefläche angelegt ist. Die Anlagefläche befindet sich insbesondere im selben Bereich der Halterung wie die Auflagefläche. Die Anlagefläche ist insbesondere angrenzend zu der Auflagefläche ausgebildet. Durch Auflage des Exzenterbolzens an der Anlagefläche kann eine Stabilisierung des Leitschaufelträgers entlang der zweiten Normalen erzeugt werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Leitschaufelträger eingerichtet, an der Halterung einen Hochdruckbereich von einem Niederdruckbereich der Turbine zu trennen. Die Anlagefläche ist in dem Hochdruckbereich angeordnet. Die Leitschaufeln einer Turbine sind im Allgemeinen zwischen zwei Laufschaufeln bzw. zwischen Rotoren der Turbine angeordnet. Ein Arbeitsmedium, wie beispielsweise Wasserdampf, strömt von dem Hochdruckbereich durch die Leitschaufeln in den Niederdruckbereich. Ist die Anlagefläche in dem Hochdruckbereich angeordnet, so unterstützt der Druckunterschied und die daraus resultierende die Strömungsrichtung das Andrücken des Exzenterbolzens an die Anlagefläche. Somit kann eine Stabilisierung der Leitschaufelträgeranordnung geschaffen werden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Leitschaufelträgeranordnung einen Sicherungspin auf. Der Sicherungspin ist mit dem Exzenterbolzen derart verbunden, dass der Sicherungspin den Exzenterbolzen vor einem Verdrehen sichert. Der Sicherungsbolzen kann beispielsweise durch einen Bereich des Leitschaufelträgers und des Exzenterbolzens oder durch einen Bereich des Auflageelements und des Exzenterbolzens verlaufen, so dass eine relative Verdrehung zwischen dem Exzenterbolzen und dem Leitschaufelträger oder zwischen dem Exzenterbolzen und dem Auflageelement verhindert wird. Somit wird ein ungewolltes Verstellen des Leitschaufelträgers bezüglich der Halterung nach dem Ausrichten unterbunden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die Leitschaufelträgeranordnung ferner einen weiteren Exzenterbolzen und ein weiteres Auflageelement, welches auf einer weiteren Auflagefläche der Halterung aufliegt, auf. Der Leitschaufelträger und das weitere Auflageelement sind derart mit dem weiteren Exzenterbolzen gekoppelt, dass mittels einer Drehung des weiteren Exzenterbolzens eine weitere relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und dem weiteren Auflageelement änderbar ist. Die Leitschaufelträgeranordnung können mehrere, insbesondere zwei, Exzenterbolzen und Auflageelementen aufweisen, welche an zugehörigen Auflageflächen der Halterung aufliegen. Damit kann ein flexibles Einstellen des Leitschaufelträgers bezüglich der Halterung geschaffen werden. Ist der Leitschaufelträger z. B. bogenförmig ausgebildet, so kann der Exzenterbolzen und das Auflageelement in einem Endbereich des bogenförmigen Leitschaufelträgers angeordnet sein und der weitere Exzenterbolzen und das weitere Auflageelement in einem weiteren in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Endbereich des bogenförmigen Leitschaufelträgers (bezüglich der Umfangsrichtung des Leitschaufelträgers) angeordnet sein.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Leitschaufelträgeranordnung beschrieben, welche nur wenige Bauteile benötigt. Zur Befestigung und zur gleichzeitigen Einstellung des Leitschaufelträgers an der Halterung sind lediglich ein Drehzapfen, ein Exzenterbolzen und ein Auflageelement, welches auf einer Auflagefläche der Halterung aufliegt, notwendig. Eine Leitschaufelträgeranordnung weist beispielsweise eine Bogenform auf und verläuft bogenförmig entlang der Innenseite des Turbinengehäuses zweigeteilt. An den jeweiligen Endbereichen eines halbkreisförmigen bzw. bogenförmigen Leitschaufelträgers befinden sich z. B. Teilfugen, welche das Gehäuse, die Halterung und die Leitschaufelträger in ein Gehäuseunterteil und in ein Gehäuseoberteil trennen. An den jeweiligen Endbereichen des bogenförmigen Leitschaufelträgers im Bereich der Teilfugen können jeweils baugleiche Exzenterbolzen und Auflageelemente eingesetzt werden, so dass mittels Verdrehens der jeweiligen Exzenterbolzen ein Verschwenken des Leitschaufelträgers um die Mittelachse der Turbine ermöglicht wird. Ein gezieltes Verschwenken kann beispielsweise über den Drehzapfen ermöglicht werden, welcher achsparallel ausgerichtet ist und die Halterung und den Leitschaufelträger drehbar verbindet. Der Exzenterbolzen kann eine Eingriffsfläche für ein Einstellwerkzeug aufweisen, wie beispielsweise eine Eingriffsfläche in Form eines Innen- oder Außensechskants, so dass jeder Exzenterbolzen gedreht werden kann und damit eine gewünschte relative Position zwischen dem Leitschaufelträger und der Halterung einstellbar ist. Insbesondere kann durch eine Einstellung der Exzenterbolzen eine Einstellung der Radialspalte zwischen dem Gehäuse bzw. der Halterung und dem Leitschaufelträger eingestellt werden. Nach dem Einstellvorgang können die Exzenterbolzen durch den Sicherungspin, welcher beispielsweise durch die Leitschaufelträgeranordnung und den Exzenterbolzen geführt wird, vor einem ungewollten Verdrehen des Exzenterbolzens gesichert werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird somit eine kostengünstige Einstellmöglichkeit geschaffen, bei welcher nur wenige einfache Bauteile notwendig sind (z. B. Exzenterbolzen, Auflageelement, Drehzapfen). Ferner ist keine mechanische Bearbeitung von Ausrichtelementen während des Einstellvorgangs erforderlich, sodass Montagezeit und Montageaufwand reduziert werden. Zudem sind das Auflageelement und der Exzenterbolzen durch ihre einfache Geometrie robust ausführbar und gut geschützt in der Halterung positionierbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Leitschaufelträgerunterteils einschließlich zugehöriger Exzenterbolzen und Auflagenelemente gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Leitschaufelträgerunterteils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Halterung einschließlich einer Auflagefläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer bekannten Leitschaufelträgeranordnung mit Einstellschrauben.
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Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt eine Leitschaufelträgeranordnung 100 für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine oder für einen Verdichter, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leitschaufelträgeranordnung 100 weist einen Leitschaufelträger 101 und eine Halterung 102 zum Befestigen des Leitschaufelträgers 101 auf. Ferner weist die Leitschaufelträgeranordnung 100 einen Exzenterbolzen 103 und ein Auflageelement 104, welches auf einer Auflagefläche 401 (siehe 4) der Halterung 102 aufliegt. Der Leitschaufelträger 101 und das Auflageelement 104 sind derart mit dem Exzenterbolzen 103 gekoppelt, dass mittels einer Drehung des Exzenterbolzens 103 eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger 101 und dem Auflageelement 104 änderbar ist.
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In 1 ist eine Gehäuseunterschale der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Gehäuseunterschale weist integral die (bogenförmige) Halterung 102 auf. Die Gehäuseunterschale weist einen halbkreisförmigen bzw. bogenförmigen Querschnitt auf und beinhaltet in Umfangsrichtung die halbe Mantelfläche des Turbinengehäuses.
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Die Halterung 102 kann als Steg oder Schiene ausgebildet sein, welche ausgehend von der Gehäuseinnenwand eine radiale Ausdehnung hin zu einer Mittelachse M der Turbine aufweist. Der Steg bzw. die Schiene verläuft in Umfangsrichtung entlang der Innenseite der Gehäuseunterschale. In 1 ist die Halterung 102 integral mit der Gehäuseunterschale gegossen. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Halterung 102 separat und/oder lösbar an die Gehäuseunterschale befestigt werden.
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Ferner zeigt 1 den Leitschaufelträger 101, welcher ebenfalls halbkreisförmig im Querschnitt bzw. bogenförmig ausgebildet ist. An der Innenseite in Richtung Mittelachse M des Leitschaufelträgers 101 werden im Betrieb die Leitschaufeln befestigt. An der radialen Außenseite des Leitschaufelträgers 101 wird der Leitschaufelträger 101 an die Halterung 102 befestigt. In 1 weist der Leitschaufelträger 101 an der Außenseite in radialer Richtung ein U-förmiges Profil auf. Das U-förmige Profil verläuft in Umfangsrichtung bogenförmig entlang der gesamten radialen Außenfläche des Leitschaufelträgers 101. Das U-Profil weist zwei Stege auf, welche eine radiale Ausdehnung nach außen aufweisen. Zwischen diesen zwei Stegen wird die radial nach innen verlaufende Schiene der Halterung 102 in Eingriff genommen.
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Zwischen einem der Stege des Leitschaufelträgers und dem Steg der Halterung 102 wird das Auflageelement 104 platziert. Der Exzenterbolzen 103 koppelt das Auflageelement 104 und den Leitschaufelträger 101, indem der Exzenterbolzen 103 durch einen Steg des Leitschaufelträgers 101 und durch eine Bohrung in dem Auflageelement 104 verläuft. Der Exzenterbolzen 103 weist im Allgemeinen eine Drehachse (bzw. Symmetrieachse) auf, welche parallel zu der Mittelachse M der Turbine gerichtet ist.
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Das Auflageelement 104 liegt auf der Auflagefläche 401 der Halterung 102 auf. Eine genauere Darstellung der Auflagenflächen 401 und der Anlagefläche 402 wird in 4 gezeigt.
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Der Exzenterbolzen 103 weist einen Exzenterbereich 201 (siehe 2) auf, welcher die Symmetrielinie aufweist, die einen Abstand zu der Drehachse des Exzenterbolzens 103 aufweist. Bei Drehung des Exzenterbolzens 103 erfolgt somit eine Veränderung der relativen Position zwischen dem Auflageelement 104 und dem Leitschaufelträger 102. Durch Auflage des Auflageelements 104 auf der Auflagefläche 401 der Halterung 102 ist eine Kraftübertragung entlang einer ersten Normale der Auflagefläche 401 möglich. Somit kann eine Verstellung der relativen Position entlang der Richtung der Normalen n1 (siehe 4) der ersten Auflagenfläche 401 ermöglicht werden.
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Im Ausführungsbeispiel von 1 ist die Auflagefläche 401 derart eingerichtet, dass die Normale n1 der Auflagefläche 401 in einer tangentialen Richtung bezüglich eines Kreises verläuft, dessen Mittelpunkt auf der Mittelachse M liegt. Wird nun der Exzenterbolzen 103 verdreht, so drückt der Exzenterbereich 201 des Exzenterbolzens 103 das Auflageelement 104 in Richtung Auflagefläche entlang der ersten Normalen n1. Dadurch findet eine Kraftübertragung statt, so dass sich der Leitschaufelträger 101 über das Auflageelement 104 auf der Halterung 102 abstützt und mittels Veränderung der Position des Auflageelements 104 zu dem Exzenterbolzen 103 eine Verstellung des Leitschaufelträgers 101 bezüglich der Halterung 102 ermöglicht wird.
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Wie in 1 dargestellt, befindet sich in einem gegenüberliegenden weiteren Endbereich des bogenförmig ausgebildeten Leitschaufelträgers 101 eine zusätzliche Einrichtung eines weiteren Exzenterbolzens 113 und eines weiteren Auflageelements 114. In 1 wird eine Gehäuseunterschale dargestellt, welche eine halbkreisförmige Halterung 102 und einen halbkreisförmigen (bogenförmigen) Leitschaufelträger 101, welcher als Leitschaufelträgerunterteil gezeigt wird, darstellen. An der Trennung zu einer Gehäuseoberschale wird eine Teilfuge geschaffen. Die Exzenterbolzen 103, 113 und die Auflageelemente 104, 114 sind in jeweiligen Endbereichen nahe der Teilfuge angeordnet. Auf halbem Weg entlang der äußeren Mantelfläche des bogenförmigen Leitschaufelträgers 101 befindet sich ein Drehzapfen 105, welcher eine Drehachse 106 aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der Mittellinie M der Turbine verläuft. Ein Verstellen des Exzenterbolzens 103 bzw. des weiteren Exzenterbolzens 113 bewirkt ein Verschwenken des Leitschaufelträgers 101 relativ zu der Halterung 102 bzw. der Gehäuseunterschale um den Drehzapfen 105. Somit können mittels einer einfachen Drehung der Exzenterbolzen 103, 113 eine relative Position zwischen dem Leitschaufelträger 101 und der Halterung 102 bzw. dem Gehäuse eingestellt werden. Insbesondere können in einfacher Art und Weise Spalte zwischen dem Leitschaufelträger 101 und einem Rotor der Turbine durch Verschwenken des Leitschaufelträgers 101 um den Drehzapfen 105 eingestellt werden.
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Um eine gewünschte Position des Leitschaufelträgers 101 bezüglich der Halterung 102 zu fixieren, ist ein Sicherungspin 107 einsetzbar, welcher eine ungewollte Verdrehung des Drehzapfens 103 verhindert. Der Sicherungspin 107 führt in der Ausführungsform von 1 beispielsweise durch eine Bohrung in einem Steg des Leitschaufelträgers 101 und dem Exzenterbolzen 103, 113.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Leitschaufelträgers 101 ohne die Halterung 102. Der Leitschaufelträger 101 weist an dessen Außenseite in Umfangsrichtung das U-Profil auf, welche durch zwei Stege mit radialer Ausdehnung zur Turbinenmittelachse M erzeugt werden. Zwischen den Stegen der Leitschaufelträgeranordnung 101 befindet sich das Auflageelement 104. Das Auflageelement 104 kann, wie in 2 dargestellt, einen viereckigen Querschnitt aufweisen. Ein viereckiger Querschnitt weist insbesondere eine Kantenfläche auf, welche plan auf der Auflagefläche 401 aufliegt, so dass der Bereich der Kraftübertragung großflächig erfolgt. Mit anderen Worten wird die Kraft entlang einer Seitenfläche des Auflageelements 104 übertragen. Das Auflageelement 104 kann in anderen beispielhaften Ausführungsformen auch andere vieleckige Querschnitte aufweisen. Zudem weist das Auflageelement 104 eine Aufnahmebohrung für den Exzenterbolzen 103, 113 auf.
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Ferner wird in 2 der Exzenterbolzen 103 bzw. der weitere Exzenterbolzen 113 jeweils mit einem Exzenterbereich 201 dargestellt. Die Exzenterbereiche 201 wirken im eingebauten Zustand des jeweiligen Exzenterbolzens 103, 113 mit einer Bohrung im Steg des Leitschaufelträgers 101 zusammen. Der Exzenterbereich 201 weist beispielsweise einen Querschnitt mit einer Mittellinie auf, die einen Abstand zu der Drehachse (z. B. Symmetrieline) des Exzenterbolzens 103, 113 aufweist. Die Drehachse wird beispielsweise durch den Mittelpunkt der Bohrung definiert, in welcher der Exzenterbolzen mit einem Bereich befestigt ist. Wie in 2 dargestellt, kann jeder Exzenterbolzen 103, 113 weitere Bereiche entlang seiner Längsachse aufweisen, welche mit ihren Mittelachsen entweder exzentrisch oder koaxial zu der Drehachse des jeweiligen Exzenterbolzen 103, 113 angeordnet sind. In 2 ist der weitere Bereich in einem Endbereich des jeweiligen Exzenterbolzens 103, 113 angeordnet, wobei dieser Endbereich im Eingriff mit der Bohrung in dem jeweiligen Aufnahmeelement 104, 114 steht. Gegenüberliegend von dem Endbereich des jeweiligen Exzenterbolzens 103, 113 befindet sich ein Sechskantprofil, an welchem ein Werkzeug eingreifen kann, um den Exzenterbolzen 103, 113 zu verdrehen.
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Ferner zeigt 2 den Drehzapfen 105, welcher eine Drehachse 106 zwischen dem Leitschaufelträger 101 und der Halterung 102 aufweist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung des Leitschaufelträgers 101. Zur Anwendung der Leitschaufelträgeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung muss der Leitschaufelträger 101 nur wenig modifiziert werden. Es genügt eine Anbringung verschiedener Bohrungen 301 in einem Steg des Leitschaufelträgers 101, damit die Exzenterbolzen 103, 113 und der Drehzapfen 105 aufgenommen werden können.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Halterung 102, welche integral mit dem Gehäuse oder separat von dem Gehäuse herstellbar ist. An den jeweiligen Enden entlang der Umfangsfläche der Halterungen 102 wird die Auflagefläche 401 und eine Anlagefläche 402 geformt. Auf den Auflageflächen 401, 411 sind die Auflageelemente 104, 114 aufgelegt. Die Auflagefläche 401 weist eine erste Normale n1 auf, welche bezüglich eines Kreises, welcher einen Mittelpunkt auf der Mittelachse M der Turbine aufweist, tangential verläuft. Die Anlagefläche 402 weist eine zweite Normale n2 auf, welche im Wesentlichen achsparallel zur Mittelachse M der Turbine verläuft.
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Ferner zeigt 4 die Halterung 102 mit einer Befestigungsschiene 403, bzw. mit einem Gehäusesteg. Die Befestigungsschiene 403 kann das U-Profil des Leitschaufelträgers 101 derart in Eingriff nehmen, dass lediglich eine Verschiebung des Leitschaufelträgers 101 bezüglich der Halterung 102 in Umfangsrichtung ermöglicht wird. Die Befestigungsschiene 403 und das U-Profil des Leitschaufelträgers 101 bildet sozusagen eine Nut-Feder-Verbindung. Eine axiale Verschiebung entlang der Mittelachse M der Turbine des Leitschaufelträgers 101 bezüglich der Halterung 102 ist dadurch verhindert. In der Befestigungsschiene 403 kann eine Aufnahmenut 404 ausgebildet sein, in welcher der Drehzapfen 105 eingreift. Der Bereich des Drehzapfens 105, welcher in der Aufnahmenut 404 anliegt, kann abgeflachte Bereiche, wie z. B. einen vieleckigen Bereich aufweisen, so dass mittels der Aufnahmenut 404 eine drehfeste Verbindung zu dem Drehzapfen 105 geschaffen werden kann. Eine Drehbarkeit zwischen Drehzapfen 105 und Leitschaufelträger 101 wird dagegen beibehalten, indem der Drehzapfen drehbar mit dem Leitschaufelträger 101 gekoppelt ist.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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