DE102010041808B4 - Blade segment, turbomachinery and process for their preparation - Google Patents
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Abstract
Schaufelkranzsegment (2, 2') für eine Strömungsmaschine (17) aufweisend: – eine erste Schaufel (1), und – eine zweite Schaufel (1'), – wobei die erste Schaufel (1) mit der zweiten Schaufel (1') formschlüssig verbunden ist, wobei die erste Schaufel (1) einen ersten Kopf (3) und einen ersten Fuß (4) und die zweite Schaufel (1') einen zweiten Kopf (3') und einen zweiten Fuß (4') aufweist, wobei der erste Kopf (3) mit dem zweiten Kopf (3') und der erste Fuß (4) mit dem zweiten Fuß (4') formschlüssig verbunden ist, wobei Verbindungselemente (27, 28) vorgesehen sind, welche einerseits in die erste Schaufel (1) und andererseits in die zweite Schaufel (1') formschlüssig eingreifen, um diese dadurch zu verbinden, wobei die Verbindungselemente (27, 28) ausschließlich den Formschluss zwischen den Schaufeln (1) bewirken, wobei die Verbindungselemente (27, 28) in den ersten und zweiten Kopf (3, 3') und in den ersten und zweiten Fuß (4, 4') eingreifen, wobei die erste und zweite Schaufel (1, 1') jeweils zwei sich gegenüberliegende Negativkonturen (25, 26'; 25', 26) aufweisen, in welche das jeweilige Zwischenelement (27, 28) radial von außen nach innen einschiebbar ist.Blade ring segment (2, 2 ') for a turbo machine (17) comprising: - a first blade (1), and - a second blade (1'), - the first blade (1) being positively connected to the second blade (1 ') is connected, the first blade (1) having a first head (3) and a first foot (4) and the second blade (1 ') having a second head (3') and a second foot (4 '), the the first head (3) is positively connected to the second head (3 ') and the first foot (4) to the second foot (4'), connecting elements (27, 28) being provided which, on the one hand, are inserted into the first blade (1 ) and, on the other hand, engage positively in the second blade (1 ') in order to connect it thereby, the connecting elements (27, 28) exclusively causing the form-locking between the blades (1), the connecting elements (27, 28) in the first and second head (3, 3 ') and engage in the first and second foot (4, 4'), the first and second blades (1, 1 ') respectively eils two opposing negative contours (25, 26 '; 25 ', 26), into which the respective intermediate element (27, 28) can be inserted radially from the outside to the inside.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schaufelkranzsegment, eine Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a blade ring segment, a turbomachine and a method for their production.
Gemäß einem der Anmelderin intern bekannten Stand der Technik wird ein Schaufelkranzsegment für eine Turbine derart hergestellt, dass eine Vielzahl von Einzelleitschaufeln in Nuten in einem Gehäuse der Turbine gefädelt und anschließend verstemmt werden.According to a prior art internally known in the art, a blade ring segment for a turbine is manufactured such that a plurality of individual blades are threaded into grooves in a housing of the turbine and then caulked.
In der Praxis hat es sich jedoch als nachteilig herausgestellt, einen gesamten Schaufelkranz oder auch nur ein Schaufelkranzsegment – jeweils mit einer Vielzahl von Leitschaufeln – nicht vor der eigentlichen Montage der Leitschaufeln in dem Gehäuse der Turbine herstellen zu können.In practice, however, it has proven to be disadvantageous not to be able to produce an entire blade ring or even a blade ring segment-each with a large number of guide blades-before the actual assembly of the guide blades in the housing of the turbine.
Aus der
Weiter ist in der
In der
Des Weiteren ist in der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaufelkranzsegment, eine Strömungsmaschine sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben bereitzustellen, welches bzw. welche den vorstehend beschriebenen Nachteil vermeidet.It is therefore an object of the present invention to provide a blade ring segment, a turbomachine and a method for producing the same which avoids the disadvantage described above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schaufelkranzsegment mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.This object is achieved by a blade ring segment with the features of
Demgemäß wird ein Schaufelkranzsegment für eine Strömungsmaschine bereitgestellt aufweisend: eine erste Schaufel, und eine zweite Schaufel, wobei die erste Schaufel mit der zweiten Schaufel formschlüssig verbunden ist, wobei die erste Schaufel einen ersten Kopf und einen ersten Fuß und die zweite Schaufel einen zweiten Kopf und einen zweiten Fuß aufweist, wobei der erste Kopf mit dem zweiten Kopf und der erste Fuß mit dem zweiten Fuß formschlüssig verbunden ist, wobei Verbindungselemente vorgesehen sind, welche einerseits in die erste Schaufel und andererseits in die zweite Schaufel formschlüssig eingreifen, um diese dadurch zu verbinden, wobei die Verbindungselemente ausschließlich den Formschluss zwischen den Schaufeln bewirken, wobei die Verbindungselemente in den ersten und zweiten Kopf und in den ersten und zweiten Fuß eingreifen, wobei die erste und zweite Schaufel jeweils zwei sich gegenüberliegende Negativkonturen aufweisen, in welche das jeweilige Zwischenelement radial von außen nach innen einschiebbar ist. Ferner wird eine Strömungsmaschine, insbesondere Turbine, mit dem erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegment bereitgestellt.Accordingly, a vane ring segment for a turbomachine is provided comprising: a first vane, and a second vane, wherein the first vane is positively connected to the second vane, the first vane having a first head and a first root and the second vane a second head and a second foot, wherein the first head with the second head and the first foot with the second foot is positively connected, wherein connecting elements are provided, which engage on the one hand in the first blade and on the other hand in the second blade form-fitting, thereby connecting them, wherein the connecting elements exclusively cause the positive connection between the blades, wherein the connecting elements in the first and second head and engage in the first and second foot, wherein the first and second blades each have two opposing negative contours, in which the respective intermediate element can be inserted radially from outside to inside. Furthermore, a turbomachine, in particular a turbine, is provided with the blade rim segment according to the invention.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Schaufelkranzsegments, insbesondere des erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegments und/oder der erfindungsgemäßen Strömungsmaschine bereitgestellt, wobei eine erste und eine zweite Schaufel miteinander formschlüssig verbunden werden.Furthermore, a method for producing a blade ring segment, in particular the blade ring segment according to the invention and / or the turbomachine according to the invention is provided, wherein a first and a second blade are positively connected to each other.
Mittels der aufgezeigten Lösung ist es möglich, ein Schaufelkranzsegment mit einer Vielzahl von Schaufeln im Vorfeld zu montieren, und anschließend das montierte Schaufelkranzsegment beispielsweise in ein Gehäuse einer Turbine einzusetzen.By means of the solution shown, it is possible to mount a blade ring segment with a plurality of blades in advance, and then to use the assembled blade ring segment, for example in a housing of a turbine.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.From the dependent claims, advantageous embodiments of the invention.
Unter einem ”Schaufelkranzsegment” ist vorliegend ein Segment (< 360°) oder auch ein vollständiger Kranz (= 360°) zu verstehen.In the present case, a "blade ring segment" is to be understood as meaning a segment (<360 °) or else a complete ring (= 360 °).
Bevorzugt handelt es sich bei dem Schaufelkranzsegment um ein Leitschaufelkranzsegment und demnach bei den ersten und zweiten Schaufeln jeweils um Leitschaufeln.The vane ring segment is preferably a vane rim segment and accordingly in the case of the first and second vanes each are vane vanes.
Gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausgestaltung des Schaufelkranzsegments weist die erste Schaufel eine Positivkontur und die zweite Schaufel eine Negativkontur auf, in welche die Positivkontur formschlüssig eingreift. Bevorzugt weist jede der Schaufeln eine Positiv- und eine Negativkontur an gegenüberliegenden Seiten auf, so dass eine Vielzahl von Schaufeln einfach miteinander verbunden werden kann. Weiter bevorzugt ist der Formschluss lösbar ausgebildet.According to an embodiment of the vane ring segment not belonging to the invention, the first vane has a positive contour and the second vane has a negative contour into which the positive contour engages in a form-fitting manner. Preferably, each of the blades has a positive and negative contours on opposite sides, so that a plurality of blades can be easily connected to each other. More preferably, the positive connection is detachable.
Gemäß einer weiter nicht zur Erfindung gehörenden Ausgestaltung des Schaufelkranzsegments sind die Positivkontur und Negativkontur derart ausgebildet, dass der Formschluss mittels einer radialen Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten Schaufel herstellbar ist. Dadurch kann das Schaufelkranzsegment einfach zusammengesetzt werden. ”Radial” meint hier die Haupterstreckungsrichtung einer jeweiligen Schaufel.According to a further not belonging to the invention embodiment of the blade ring segment, the positive contour and negative contour are formed such that the positive connection by means of a radial relative movement between the first and second blade can be produced. As a result, the blade ring segment can be easily assembled. "Radial" here means the main direction of extension of a particular blade.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegments weist die erste Schaufel einen ersten Kopf und einen ersten Fuß und die zweite Schaufel einen zweiten Kopf und einen zweiten Fuß auf, wobei der erste Kopf mit dem zweiten Kopf und/oder der erste Fuß mit dem zweiten Fuß formschlüssig verbunden ist. Zwischen dem ersten Kopf und dem ersten Fuß ist ein erstes Blatt angeordnet, welches mit dem ersten Kopf und dem ersten Fuß verbunden ist. Das erste Blatt wirkt bei einem späteren Einsatz des Schaufelkranzsegments in einer Strömungsmaschine auf das die Strömungsmaschine durchströmende Fluid. Entsprechendes gilt für das den zweiten Kopf mit dem zweiten Fuß verbindende zweite Blatt.According to a further embodiment of the blade ring segment according to the invention, the first blade has a first head and a first foot and the second blade has a second head and a second foot, wherein the first head with the second head and / or the first foot with the second foot form-fitting manner connected is. Between the first head and the first foot a first leaf is arranged, which is connected to the first head and the first foot. In a later use of the vane ring segment in a turbomachine, the first sheet acts on the fluid flowing through the turbomachine. The same applies to the second leaf connecting the second head to the second foot.
Gemäß einer nicht zur Erfindung gehörenden bevorzugten Ausgestaltung des Schaufelkranzsegments ist die Negativkontur radial außen an dem zweiten Kopf und/oder zweiten Fuß und die Positivkontur radial außen an dem ersten Kopf und/oder ersten Fuß ausgebildet, wobei bevorzugt ferner die Negativkontur radial offen für einen Eingriff der Positivkontur ausgebildet ist. ”Radial außen” bezieht sich vorliegend auf einen Radius ausgehend von einem Schnittpunkt zwischen zwei gedachten Linien, die sich entlang der Haupterstreckungsrichtungen der ersten und zweiten Schaufel erstrecken. Bei einem späteren Einsatz des Schaufelkranzsegments in einer Strömungsmaschine fällt der genannte Schnittpunkt mit der Rotorachse zusammen.According to a preferred embodiment of the vane ring segment not belonging to the invention, the negative contour is formed radially on the outside of the second head and / or second foot and the positive contour on the outside of the first head and / or first foot, wherein preferably the negative contour is also radially open for engagement the positive contour is formed. In the present case, "radially outward" refers to a radius starting from an intersection between two imaginary lines which extend along the main extension directions of the first and second blades. In a later use of the vane ring segment in a turbomachine, said intersection coincides with the rotor axis.
Gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Schaufelkranzsegments ist ein Verbindungselement vorgesehen, welches einerseits in die erste Schaufel und andererseits in die zweite Schaufel formschlüssig eingreift, um diese dadurch zu verbinden. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, wo die Positiv- und Negativkontur jeweils an oder in der Schaufel selbst ausgebildet sind, ist bei der vorliegenden Ausgestaltung ein separates Verbindungselement vorgesehen, welches in Negativkonturen in der ersten und zweiten Schaufel eingreift, wobei das Verbindungselement bevorzugt in den ersten und zweiten Kopf und/oder in den ersten und zweiten Fuß eingreift.According to the embodiment of the blade ring segment according to the invention, a connecting element is provided, which on the one hand engages positively in the first blade and on the other hand in the second blade in order to connect them. In contrast to the embodiments described above, where the positive and negative contours are each formed on or in the blade itself, in the present embodiment, a separate connecting element is provided which engages in negative contours in the first and second blades, wherein the connecting element preferably in engaging the first and second heads and / or the first and second feet.
Bevorzugt ist je ein Verbindungselement in einer Negativkontur radial außen in dem ersten Kopf und ersten Fuß und in einer Negativkontur radial außen in dem zweiten Kopf und zweiten Fuß angeordnet.Preferably, in each case a connecting element in a negative contour is arranged radially outside in the first head and first foot and in a negative contour radially outside in the second head and second foot.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegments ist das Verbindungselement schwalbenschwanzförmig oder H-förmig ausgebildet oder weist einen Querschnitt auf, welcher sich aus zwei an-/aufeinander gesetzten Kreisen zusammensetzt.According to a further preferred embodiment of the blade ring segment according to the invention, the connecting element is dovetail-shaped or H-shaped or has a cross section, which is composed of two on / stacked circles.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegments ist ferner eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen, welche die erste Schaufel mit der zweiten Schaufel verbindet. Bei der stoffschlüssigen Verbindung handelt es sich insbesondere um eine Schweißnaht. Anstelle der stoffschlüssigen Verbindung ist jedoch auch eine weitere formschlüssige Verbindung denkbar, welche für einen zusätzlichen Formschluss zwischen der ersten und zweiten Schaufel sorgt.According to a further preferred embodiment of the blade ring segment according to the invention, a cohesive connection is also provided, which connects the first blade with the second blade. The cohesive connection is in particular a weld. Instead of the cohesive connection, however, another positive connection is conceivable, which ensures an additional positive connection between the first and second blade.
Selbstverständlich können mehr als zwei Schaufeln vorgesehen sein, die ein Schaufelkranzsegment bilden.Of course, more than two blades may be provided which form a blade ring segment.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures of the drawing. Show it:
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, like reference numerals designate like or functionally identical components, unless indicated otherwise.
Die Schaufel
Der Kopf
Entsprechend weist auch der Fuß
Die Negativkontur
Bei der Schaufel
Das Schaufelkranzsegment
Die Schaufeln
Um nun das Schaufelkranzsegment
Somit kann einfach das Schaufelkranzsegment
Hiernach werden in einem weiteren Schritt die Schaufeln
Es ist jedoch auch denkbar anstelle der Schweißnähte andere stoffschlüssige oder auch form- oder kraftschlüssige Verbindungen vorzusehen.However, it is also conceivable to provide other cohesive or even positive or non-positive connections instead of the welds.
Anschließend wird in einem dritten Schritt das Schaufelkranzsegment
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Die Köpfe
In zwei sich gegenüberliegende Negativkonturen
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Alternativ kann das Verbindungselement
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Verbindungselement
Ferner besteht die Möglichkeit, die Verbindungselemente
Insbesondere ist in
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schaufelkranzsegments entsprechend auf die erfindungsgemäße Strömungsmaschine sowie auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind, und umgekehrt. Weiter sei erwähnt, dass ”eine” vorliegend keine Vielzahl ausschließt.Although the invention has been described herein with reference to preferred embodiments, it is by no means limited thereto, but modifiable in many ways. It should be noted that the above-described embodiments and embodiments of the blade ring segment according to the invention are correspondingly applicable to the turbomachine according to the invention and to the method according to the invention, and vice versa. It should also be mentioned that "one" in this case excludes no multiplicity.
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