DE102015011793A1

DE102015011793A1 - Schaufel einer Strömungsmaschine und Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102015011793A1
Application number: DE102015011793.9A
Authority: DE
Inventors: Roland Herzog; Markus Ernsberger
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2015-09-05
Filing date: 2015-09-05
Publication date: 2017-03-09
Also published as: WO2017036625A1

Abstract

Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere Leitschaufel oder Laufschaufel (11) einer Gasturbine, mit einem Schaufelfuß (14) und einem Schaufelblatt (15), wobei die Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer Nut (13) eines rotorseitigen oder statorseitigen Schaufelträgers (12) derart montierbar ist, dass die Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer definierten Einführrichtung in die Nut (13) des Schaufelträgers (12) einführbar ist, bis der Schaufelfuß (14) der Schaufel mit einer in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) an einer Gegenfläche des Schaufelträgers (12) oder einer Gegenfläche eines am Schaufelträger (12) befestigten Bauteiles oder einer Gegenfläche eines Schaufelfußes einer bereits in die Nut des Schaufelträgers (12) eingeführten, benachbarten Schaufel zur Anlage kommt, wobei an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) eine Kontur (21) ausgebildet ist, die mit einer an der Gegenfläche ausgebildeten Gegenkontur im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaufel einer Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine.
Strömungsmaschinen verfügen über eine Vielzahl von Baugruppen, die einem Verschleiß unterliegen und bei zu starkem Verschleiß ersetzt werden müssen. So sind in Strömungsmaschinen Schaufeln, nämlich Laufschaufeln und Leitschaufeln verbaut, die im Falle eines Verschleißes ersetzt werden müssen.
Erstausrüster von Strömungsmaschinen, welche die Strömungsmaschinen konstruieren, in eigenen Fabriken produzieren sowie unter eigenem Namen in den Handel bringen, sehen sich im Ersatzteilgeschäft beim Austausch verschlissener Schaufeln der Strömungsmaschinen zunehmend dem Wettbewerb mit Produktpiraten ausgesetzt, die Schaufeln der Strömungsmaschinen kopieren und als Ersatzteile für verschlissene Schaufeln in Verkehr bringen. Da derartige Ersatzteile von Produktpiraten über eine geringe Qualität verfügen, besteht die Gefahr, dass dann, wenn Schaufeln von Produktpiraten in originalen Strömungsmaschinen als Ersatzteile benutzt werden, die Strömungsmaschinen im Betrieb beschädigt werden. Es besteht daher Bedarf daran, das Kopieren von Schaufeln durch Produktpiraten zu erschweren, um so die Erstausrüster sowie Kunden vor mangelhaften Ersatzschaufeln von Produktpiraten zu schützen.
Ferner besteht bei bekannten Strömungsmaschinen die Gefahr, dass Schaufeln an einer falschen Position montiert werden, so zum Beispiel in einer falschen Stufe der Strömungsmaschine. Dann, wenn Schaufeln an einer falschen Position montiert werden, besteht die Gefahr, dass die Strömungsmaschine im Betrieb beschädigt wird.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Schaufel einer Strömungsmaschine und eine Strömungsmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaufel einer Strömungsmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche des Schaufelfußes der Schaufel eine Kontur ausgebildet ist, die mit einer an der Gegenfläche ausgebildeten Gegenkontur im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammenwirkt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der in Einführrichtung der Schaufel vorne liegenden Fläche des Schaufelfußes der Schaufel kann eine Beschädigungsgefahr für die Strömungsmaschine reduziert werden, einerseits durch das Erschweren des Fälschens der Schaufel durch Produktpiraten, andererseits kann ein fehlerhafter Einbau der Schaufel an einer falschen Position verhindert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kontur an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche des Schaufelfußes als bauteilspezifische Herstellerkennzeichnung, vorzugsweise als ein Logo aus Buchstabenbestandteilen und/oder Bildbestandteilen und/oder Seriennummer ausgebildet. Dann, wenn die Kontur an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche des Schaufelfußes als Herstellerkennzeichnung, insbesondere in Form einer Marke, ausgebildet ist, wird das Kopieren der Schaufel durch Produktpiraten weiter erschwert, insbesondere dadurch, dass bei Kopie der Schaufel auch Markenrechte des Erstausrüsters verletzt werden.
Vorzugsweise ist die Ausprägung der Kontur an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche von der Einbauposition der Schaufel abhängig. Hiermit kann ein besonders vorteilhafter Schutz vor Fehleinbauten einer Schaufel an einer falschen Position der Strömungsmaschine gewährleistet werden.
Denkbar ist auch, dass die Ausprägung von Konturen und Gegenkonturen nicht nur bei Schaufeln von Strömungsmaschinen, sondern auch bei Funktionsbauteilen von anderen Maschinen wie Kraft- oder Arbeitsmaschinen zum Einsatz kommt. Denkbar ist dabei, dass an der zur Gegenfläche eines benachbarten Bauteils liegenden Fläche eines Funktionsbauteils eine nur diesem Funktionsbauteil und/oder eine nur für diese Einbaulage spezifische Kontur ausgebildet ist, die mit einer an der Gegenfläche des benachbarten Bauteils ausgebildeten Gegenkontur im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammen wirkt. Zudem kann das Funktionsbauteil an mehr als nur einer Gegenfläche eines benachbarten Bauteils zur Anlage kommen.
Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine ist in Anspruch 6 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: einen Gasturbinenrotor;
2: einen Rotorgrundkörper des Gasturbinenrotors der 1;
3: eine Laufschaufel des Gasturbinenrotors der 1;
4: eine Kontur einer Fläche eines Schaufelfußes der Laufschaufel der 3;
5: die Kontur der 3 zusammen mit einer Gegenkontur einer Gegenfläche;
6: einen Ausschnitt aus einem alternativen Gasturbinenrotor; und
7: eine Laufschaufel des Gasturbinenrotors der 6.
Die Erfindung betrifft eine Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine, und eine Strömungsmaschine, wie zum Beispiel eine Gasturbine.
Der grundsätzliche Aufbau einer Strömungsmaschine ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedarf an sich keiner Erläuterung. Der Vollständigkeit halber sei ausgeführt, dass eine Strömungsmaschine einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei der Rotor rotorseitige Laufschaufeln, die an einem rotorseitigen Schaufelträger befestigt sind, aufweist, und wobei der Stator statorseitige Leitschaufeln aufweist, die an einem statorseitigen Statorträger montiert sind.
Die rotorseitigen Laufschaufeln und die statorseitigen Leitschaufeln können dabei mehrere Stufen der Strömungsmaschine ausbilden, wobei jede Stufe einer Strömungsmaschine einen Laufschaufelkranz aus mehreren Laufschaufeln und einen Leitschaufelkranz aus mehreren Leitschaufeln umfasst.
Jede Schaufel einer Strömungsmaschine verfügt über einen Schaufelfuß und ein Schaufelblatt, wobei die jeweilige Schaufel über den Schaufelfuß in einer entsprechenden Nut des rotorseitigen oder statorseitigen Schaufelträgers montierbar ist, nämlich im Fall einer Laufschaufel in einem rotorseitigen Schaufelträger und im Fall einer Leitschaufel in einem statorseitigen Schaufelträger. Jede Schaufel ist dabei über ihren Schaufelfuß in einer definierten Einführrichtung in die entsprechenden Nut des jeweiligen Schaufelträgers einführbar, und zwar bis der Schaufelfuß der jeweiligen Schaufel mit einer in Einführrichtung vorne liegenden Fläche des Schaufelfußes an einer Gegenfläche zur Lage kommt.
1 bis 3 zeigen Details eines Gasturbinenrotors 10 einer als Gasturbine ausgebildeten Strömungsmaschine, wobei in 1 ein mit Laufschaufeln 11 bestückter Rotorgrundkörper 12 gezeigt ist, wobei 2 den Rotorgrundkörper 12 ohne Laufschaufeln 11 zeigt, und wobei 3 eine Laufschaufel 11 in Alleindarstellung zeigt. Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist in den Rotorgrundkörper 12 eine sich in Umfangsrichtung des Rotorgrundkörpers 12 erstreckende Nut 13 eingebracht, in welcher die Laufschaufeln 12 mit ihren Schaufelfüßen 14 montierbar sind, nämlich derart, dass die Schaufelblätter 15 der Laufschaufeln 11 nach radial außen gegenüber dem Rotorgrundkörper 12 vorstehen. Die Laufschaufeln 11 werden dabei im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 derart in der Nut 13 des Rotorgrundkörpers 12 montiert, dass jede Laufschaufel 11 über ihren jeweiligen Schaufelfuß 14 an einer definierten Umfangsposition 24 des Rotorgrundkörpers 12 über eine Einfädelöffnung 18 zunächst in Radialrichtung 16 des Rotorgrundkörpers 12 in die Nut 13 eingefädelt und anschließend innerhalb der Nut 13 in Umfangsrichtung 17 verschoben wird. Die eigentliche Einführrichtung der Schaufel 11 in die Nut 13 entspricht dabei der Umfangsrichtung 17 des Rotorgrundkörpers 12.
Jede der Laufschaufeln 11 wird an der definierten Umfangsposition 24 in die Nut 13 über die Einfädelöffnung 18 eingefädelt und in Umfangsrichtung 17 in die Nut 13 eingeführt, wobei dann, wenn die letzte Laufschaufel 11 des entsprechenden Laufschaufelkranzes in die entsprechende Nut 13 eingeführt ist, die Einfädelöffnung 18 des Rotorgrundkörpers 12, die an der definierten Umfangsposition 24 ausgebildet ist, durch eine in den 1 bis 3 nicht gezeigte Verschlusseinrichtung verschlossen wird.
In 1 bis 3 erfolgt das Einführen der Laufschaufeln 11 in die Nut 13 des Rotorgrundkörpers 12 also derart, dass die jeweilige Laufschaufel 11 zunächst über ihren Schaufelfuß 14 in Radialrichtung 16 an der definierten Umfangsposition 15 über die Einfädelöffnung 18 in die Nut 13 eingefädelt und anschließend in Umfangsrichtung 17 innerhalb der Nut 13 verschoben wird, und zwar bis eine in Einführrichtung bzw. Umfangsrichtung 17 vorne liegende Fläche 19 des Schaufelfußes 15, an einer Gegenfläche 20 einer in 1 bis 3 bereits in die Nut 13 eingeführten Laufschaufel 11 zur Anlage kommt. Bei der Gegenfläche handelt es sich um diejenige Fläche der zur einzuführenden Laufschaufel 11 benachbarten Laufschaufel, die der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche 19 gegenüberliegt, also in 3 um die Fläche 20 der entsprechenden Laufschaufel 11.
Es ist nun vorgesehen, dass an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche 19 des Schaufelfußes 14 eine Kontur 21 ausgebildet ist, die mit einer an der entsprechenden Gegenfläche 20 ausgebildeten Gegenkontur 22 im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammenwirkt. 4 zeigt dabei eine mögliche Ausgestaltung einer Kontur 21, die an der Fläche 19 des Schaufelfußes 14 der Laufschaufel 11 ausgebildet ist, wobei 5 aneinandergrenzende Flächen 19, 20 benachbarter Laufschaufeln 11 zeigt, nämlich mit ineinandergreifender Kontur 21 und Gegenkontur 22. Dann, wenn es sich bei der Kontur 21 um Erhebungen an der Fläche 19 handelt, handelt es sich bei der Gegenkontur 22 an der Gegenfläche 20 um korrespondierende Vertiefungen, die dann im Falle von aneinandergrenzenden Flächen 19, 20 benachbarter Laufschaufeln 11 im Sinne des Schlüssel-Schloss-Prinzips ineinandergreifen und damit zusammenwirken.
Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist demnach an jeder Laufschaufel 11, nämlich an dem Schaufelfuß 14 jeder Laufschaufel 11, an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche 19 eine Kontur 21 und an der gegenüberliegenden Fläche 20 eine Gegenkontur 22 ausgeführt, sodass dann, wenn benachbarte Laufschaufeln 11 mit aneinandergrenzenden Flächen 19, 20 zur Anlage kommen, die jeweilige Kontur 20 und die jeweilige Gegenkontur 21 der benachbarten Laufschaufeln 11 ineinandergreifen.
Durch die Erfindung wird einerseits ein Fehleinbau einer Laufschaufel 11 verhindert, andererseits sind die Schaufeln stärker vor einer Kopie durch Produktpiraten geschützt.
Kontur 21 und Gegenkontur 22 sind vorzugsweise als Herstellerkennzeichnung ausgeführt, in 4 und 5 als Logo aus Buchstabenbestandteilen. Alternativ oder zusätzlich können Bildbestandteile an Kontur 21 und Gegenkontur 22 vorhanden sein.
Die Ausprägung der Konturen 21 und 22 hinsichtlich zum Beispiel Größe derselben ist vorzugsweise von der Einbauposition der Schaufel in der Strömungsmaschine abhängig, um zum Beispiel für unterschiedliche Stufen einer Strömungsmaschine angepasste Konturen und Gegenkonturen mit entsprechenden Abmessungen bereitzustellen, um so zu gewährleisten, dass die Schaufeln stets nur in der korrekten Stufe verbaut werden.
1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Gasturbinenrotors 10, in welchem die Schaufeln 11 zunächst in Radialrichtung 16 in die Nut 13 des Rotorgrundkörpers 12 eingefädelt und anschließend in Umfangsrichtung 17 weiter in diese Nut 13 eingeführt werden.
Demgegenüber zeigen 6 und 7 Details eines alternativen Gasturbinenrotors 10, wobei in 6 der Gasturbinenrotor 10 im Ausschnitt gezeigt ist, nämlich wiederum ein Rotorgrundkörper 12 und eine Laufschaufel 11, die am Rotorgrundkörper 12 montiert ist. In 6 und 7 verfügt der Rotorgrundkörper 12 über mehrere Nuten 13, in welche die jeweilige Laufschaufel 11 über ihren Schaufelfuß 14 in Axialrichtung 23 des Rotorgrundkörpers 12 zur Montage eingeführt wird, und zwar vorzugsweise so weit, bis eine in Einführrichtung vorne liegende Fläche 19 des jeweiligen Schaufelfußes 14 der jeweiligen Laufschaufel 11 an einer entsprechenden Gegenfläche des Rotorgrundkörpers 12 oder an einer entsprechenden Gegenfläche eines am Rotorgrundkörper 12 montierten Bauteils oder an einer Gegenfläche eines Schaufelfußes 14 einer bereits montierten, benachbarten Laufschaufel 11 einer anderen Stufe der Strömungsmaschine zur Anlage kommt.
Auch im Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist zumindest an der in Einführrichtung der jeweiligen Schaufel 11 vorne liegenden Fläche 19 des Schaufelfußes 14 derselben eine Kontur ausgebildet, die wie in 4 gezeigt ausgeführt sein kann, und die mit der an der Gegenfläche ausgebildeten Gegenkontur im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammenwirkt, wobei es sich bei der Gegenfläche im Ausführungsbeispiel der 6 und 7 um eine Gegenfläche des Rotorgrundkörpers 12 oder um eine Gegenfläche eines am Rotorgrundkörper 12 montierten Bauteils oder um eine Gegenfläche eines Schaufelfußes einer bereits am Rotorgrundkörper 12 montierten Laufschaufel 11 eines anderen Schaufelkranzes bzw. einer anderen Stufe handeln kann.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren für rotorseitige Laufschaufeln beschreiben wurde, ist die Erfindung analog auch bei statorseitigen Leitschaufeln einsetzbar.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbinenrotor
11: Laufschaufel
12: Rotorgrundkörper
13: Nut
14: Schaufelfuß
15: Schaufelblatt
16: Radialrichtung
17: Umfangsrichtung
18: Einfädelöffnung
19: Fläche
20: Gegenfläche
21: Kontur
22: Gegenkontur
23: Axialrichtung
24: Umfangsposition

Claims

Schaufel einer Strömungsmaschine, insbesondere Leitschaufel oder Laufschaufel (11) einer Gasturbine, mit einem Schaufelfuß (14) und einem Schaufelblatt (15), wobei die Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer Nut (13) eines rotorseitigen oder statorseitigen Schaufelträgers (12) derart montierbar ist, dass die Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer definierten Einführrichtung in die Nut (13) des Schaufelträgers (12) einführbar ist, bis der Schaufelfuß (14) der Schaufel mit einer in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) an einer Gegenfläche des Schaufelträgers (12) oder einer Gegenfläche eines am Schaufelträger (12) befestigten Bauteiles oder einer Gegenfläche eines Schaufelfußes einer bereits in die Nut des Schaufelträgers (12) eingeführten, benachbarten Schaufel zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) eine Kontur (21) ausgebildet ist, die mit einer an der Gegenfläche ausgebildeten Gegenkontur im Sinne eines Schlüssel-Schloss-Prinzips zusammenwirkt.
Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (21) an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) als Herstellerkennzeichnung ausgebildet ist.
Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (21) an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (20) als ein Logo aus Buchstabenbestandteilen und/oder Bildbestandteilen ausgebildet ist.
Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausprägung der Kontur an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) von der Einbauposition der Schaufel abhängig ist.
Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der in Einführrichtung hinten liegenden Fläche (20) des Schaufelfußes (14) eine Gegenkontur (22) für eine in Montageposition benachbarte Schaufel ausgebildet ist.
Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor rotorseitige Laufschaufeln und der Stator statorseitige Leitschaufeln aufweist, wobei jede Schaufel einen Schaufelfuß (14) und ein Schaufelblatt (15) umfasst, wobei jede Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer Nut eines rotorseitigen oder statorseitigen Schaufelträgers derart montierbar ist, dass die jeweilige Schaufel über den Schaufelfuß (14) in einer definierten Einführrichtung in die Nut (13) des Schaufelträgers einführbar ist, bis der Schaufelfuß (14) der Schaufel (11) mit einer in Einführrichtung vorne liegenden Fläche (19) des Schaufelfußes (14) an einer Gegenfläche des Schaufelträgers (12) oder einer Gegenfläche eines Schaufelfußes (14) einer bereits in die Nut eingeführten, benachbarten Schaufel zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln und/oder die Leitschaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet sind.
Strömungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe mehrere Stufen umfasst, wobei die Ausprägung der Kontur an der in Einführrichtung vorne liegenden Fläche der Schaufel (11) davon abhängig ist, in welcher Stufe die jeweilige Schaufel verbaut ist.