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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine.
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Eine Strömungsmaschine verfügt typischerweise über mindestens eine rotorseitige Laufschaufelanordnung aus jeweils in Umfangsrichtung nebeneinander positionierten Laufschaufeln sowie über mindestens eine statorseitige Leitschaufelanordnung aus jeweils mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander positionierten Leitschaufeln. Eine Laufschaufelanordnung aus mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander positionierten Laufschaufeln wird auch als Laufschaufelkranz und eine Leitschaufelanordnung aus mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander positionierten Leitschaufeln wird auch als Leitschaufelkranz bezeichnet. Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung mit mehreren in Umfangsrichtung der Leitschaufelanordnung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln. Dabei weist jede Leitschaufel ein Schaufelblatt und ein Innendeckband auf, wobei das Innendeckband typischerweise an eine Nabe eines Rotors der Strömungsmaschine angrenzt. Die Leitschaufeln sind an ihren Innendeckbändern miteinander verbunden. Über radial äußere Schaufelfüße sind die Leitschaufeln typischerweise in einem Leitschaufelring aufgenommen bzw. gehalten.
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Zum Verbinden der Leitschaufeln einer Leitschaufelanordnung an den Innendeckbändern sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Ansätze bekannt. So werden bei relativ kleinen Leitschaufeln, deren Schaufelblätter eine Radialerstreckung von maximal 400 mm aufweisen, die Innendeckbänder benachbarter Leitschaufeln typischerweise über Stemmdrähte miteinander verbunden. Bei größeren Leitschaufeln, deren Schaufelblätter in Radialrichtung eine Erstreckung von mehr als 400 mm aufweisen, erfolgt die Verbindung der Innendeckbänder benachbarter Leitschaufeln typischerweise durch Verschweißen.
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Die aus der Praxis bekannten Varianten zur Verbindung benachbarter Leitschaufeln einer Leitschaufelanordnung im Bereich ihrer Innendeckbänder sind demnach von der Größe der Leitschaufeln abhängig. Es besteht Bedarf an einer Leitschaufelanordnung, bei welcher die Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder unabhängig von ihrer Baugröße auf einheitliche Art und Weise miteinander verbunden werden können.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind in die Innendeckbänder der Leitschaufeln jeweils eine erste Bohrung und eine zweite Bohrung derart einbracht, dass die erste Bohrung des Innendeckbands der jeweiligen Leitschaufel mit der in das Innendeckband einer in Umfangsrichtung gesehen zu einer ersten Seite unmittelbar benachbarten Leitschaufel eingebrachten zweiten Bohrung fluchtet, und dass die zweite Bohrung des Innendeckbands der jeweiligen Leitschaufel mit der in das Innendeckband einer in Umfangsrichtung gesehen zu einer zweiten Seite unmittelbar benachbarten Leitschaufel eingebrachten ersten Bohrung fluchtet. Durch die fluchtenden Bohrungen unmittelbar benachbarter Leitschaufeln erstrecken sich Verbindungelemente, über welche die jeweils unmittelbar benachbarten Leitschaufeln im Bereich der Innendeckbänder derselben verbunden sind.
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Die hier vorliegende Erfindung schlägt eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine vor, bei welcher die Innendeckbänder benachbarter Leitschaufeln auf völlig neuartige Art und Weise miteinander verbunden sind und zwar durch ein Konzept, das über alle Baugrößen unabhängig von der Größe der Leitschaufeln eingesetzt werden kann. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Verbindung der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes im Bereich der Innendeckbänder der Leitschaufeln möglich.
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Nach einer ersten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung ist die jeweilige erste Bohrung eine Durchgangsbohrung und die jeweilige zweite Bohrung eine Gewindebohrung, wobei das jeweilige Verbindungselement eine Schraube ist, die sich mit einem Schraubenkopfabschnitt in die jeweilige erste Bohrung und mit einem Schraubengewindeabschnitt in die jeweilige zweite Bohrung erstreckt. Die erste Weiterbildung der Erfindung ist besonders bevorzugt, da dieselbe eine besonders einfache Verbindung von Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder ermöglicht.
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Nach einer zweiten, alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung ist die jeweilige erste Bohrung eine Durchgangsbohrung und die jeweilige zweite Bohrung eine Durchgangsbohrung, wobei das jeweilige Verbindungselement eine Schraube ist, die sich mit einem Schraubenkopfabschnitt in eine der Bohrungen und mit einem Schraubengewindeabschnitt in die andere der Bohrungen, die eine mit dem Schraubengewindeabschnitt zusammenwirkende Mutter aufnimmt, erstreckt. Auch mit dieser Weiterbildung der Erfindung können benachbarte Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder im Sinne einer Konter-Verschraubung einfach miteinander verbunden werden.
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Nach einer dritten, ebenfalls alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung ist die jeweilige erste Bohrung eine Durchgangsbohrung und die jeweilige zweite Bohrung eine Durchgangsbohrung, wobei das jeweilige Verbindungselement ein Keilstift oder Zylinderstift ist, der mit einem Abschnitt in einer der Bohrungen und mit einem anderen Abschnitt in der anderen der Bohrungen verklemmt ist. Auch diese Alternative erlaubt eine einfache Verbindung benachbarter Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder. Die hier beschriebenen Verfahren können so grundsätzlich auch angewendet werden um den Leitschaufelring außen zu verbinden, bei Verwendung von Leitschaufeln mit integralem Fuß (oder Außendeckband) anstelle eines Außenrings.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Bohrungen senkrecht zu aneinandergrenzen Begrenzungsflächen der Innendeckbänder. Dies ist für die Verbindung von benachbarten Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder besonders bevorzugt.
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Vorzugsweise schließen Mittelachsen der Bohrungen mit einer Tangente an der jeweiligen Umfangsposition des jeweiligen Innendeckbands. Der hierfür notwendige Winkel ergibt sich aus der Anzahl von Schaufeln in der Leitschaufelanordnung und liegt im Bereich zwischen 1° und 6°, bevorzugt einen Winkel zwischen 2° und 5°, besonders bevorzugt einen Winkel zwischen 3° und 4°, ein. Hierdurch wird gewährleistet, dass die jeweils fluchtenden Bohrungen in den Innendeckbändern trotz ihrer geraden Erstreckung dem Kreisumlauf der Leitschaufelanordnung im Bereich der Innendeckbänder annähernd folgen und so die Verbindung benachbarter Leitschaufeln im Bereich ihrer Innendeckbänder ermöglichen.
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Vorzugsweise deckt das Innendeckband der jeweiligen Leitschaufel an der in Umfangsrichtung gesehen ersten Seite die in das Innendeckband der an dieser ersten Seite unmittelbar benachbarten Leitschaufel eingebrachte erste Bohrung und an der in Umfangsrichtung gesehen zweiten Seite die in das Innendeckband der an dieser zweiten Seite unmittelbar benachbarten Leitschaufel eingebrachte zweite Bohrung ab. Verbindungelemente werden hierdurch verliersicher gehalten. Die Deckbandverschraubung kann unabhängig von der Art der äußeren Befestigung angewendet werden, so dass auch Schaufeln mit integralem Fuß und Deckband verwendet werden können.
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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:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung;
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2 einen Querschnitt durch einen erste erfindungsgemäße Leitschaufelanordnung im Bereich von zwei Innendeckbändern ohne Verbindungselemente;
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3 einen Querschnitt durch einen zweite erfindungsgemäße Leitschaufelanordnung im Bereich von zwei Innendeckbändern ohne Verbindungselemente; und
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4 einen Querschnitt durch einen dritte erfindungsgemäße Leitschaufelanordnung im Bereich von zwei Innendeckbändern ohne Verbindungselemente.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine, zum Beispiel eines Verdichters oder einer Turbine.
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1 zeigt eine perspektivische Anordnung einer als Leitschaufelkranz ausgebildeten Leitschaufelanordnung 1 aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung der Leitschaufelanordnung nebeneinander positionierten Leitschaufeln 2(i), i = 1 – N. Jede Leitschaufel 2 verfügt über ein sich in Radialrichtung erstreckendes Schaufelblatt 3, wobei an einem radial inneren Ende des Schaufelblatts 3 ein Innendeckband 4 der jeweiligen Leitschaufel 2 und an einem radial äußeren Ende des jeweiligen Schaufelblatts 3 ein Schaufelfuß, der nicht explizit dargestellt ist, der jeweiligen Leitschaufel 2 ausgebildet ist. Mit ihrem Schaufelfuß ist jede Leitschaufel 2 in einen sogenannten Leitschaufelring 6 der Leitschaufelanordnung 1 eingesetzt und in demselben gehalten. Benachbarte Leitschaufeln 2 sind an ihren Innendeckbändern 4 miteinander verbunden.
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2 zeigt einen Querschnitt durch die Leitschaufelanordnung 1 der 1 im Bereich von Innendeckbändern 4 zweier unmittelbar benachbarter Leitschaufeln 2(i) und 2(i + 1). In das Innendeckband 4 jeder der Leitschaufeln 2(i), 2(i + 1) sind jeweils eine erste Bohrung 7 und eine zweite Bohrung 8 eingebracht. Dabei sind diese beiden Bohrungen 7, 8 derart in die Innendeckbänder 4 der Leitschaufeln 2 eingebracht, dass die erste Bohrung 7 des Innendeckbands 4 der Leitschaufel 2(i) mit der in das Innendeckband 4 der in Umfangsrichtung gesehen zu einer ersten Seite 9 unmittelbar benachbarten Leitschaufel 2(i + 1) eingebrachten zweiten Bohrung 8 fluchtet, wohingegen die zweite Bohrung 8 des Innendeckbands 4 der Leitschaufel 2(i) mit der in das Innendeckband 4 der in Umfangsrichtung gesehen zu einer zweiten Seite 10 unmittelbar benachbarten Leitschaufel 2(i – 1) (in 2 nicht gezeigt) eingebrachten ersten Bohrung 7 fluchtet.
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Das Innendeckband 4 der Leitschaufel 2(i) deckt an der in Umfangsrichtung gesehen ersten Seite 9 die in das Innendeckband 4 der an dieser ersten Seite 9 unmittelbar benachbarten Leitschaufel 2(i + 1) eingebrachte erste Bohrung 7 und an der in Umfangsrichtung gesehen zweiten Seite 10 die in das Innendeckband 4 der an dieser zweiten Seite 10 unmittelbar benachbarten Leitschaufel 2(i – 1) (in 2 nicht gezeigt) eingebrachte zweite Bohrung 8 ab.
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Es liegt demnach im Sinne der Erfindung, in die Innendeckbänder 4 der Leitschaufeln 2 einer Leitschaufelanordnung 1 eine erste Bohrung 7 und eine zweite Bohrung 8 einzubringen, die derart in die Leitschaufeln 2, nämlich in die Innendeckbänder derselben, eingebracht sind, dass im Bereich unmittelbar benachbarter Leitschaufeln 2 und damit unmittelbar benachbarter Innendeckbänder 4 erste Bohrungen 7 und zweite Bohrungen 8 miteinander fluchten.
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Durch fluchtende Bohrungen 7, 8 unmittelbar benachbarter Leitschaufeln 2 bzw. unmittelbar benachbarter Innendeckbänder 4 erstrecken sich nicht gezeigte Verbindungselemente, über welche die jeweils unmittelbar benachbarten Leitschaufeln 2 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 verbunden sind.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist die jeweilige erste Bohrung 7 des jeweiligen Innendeckbands 4 der jeweiligen Leitschaufel 2 als Durchgangsbohrung und die jeweilige zweite Bohrung 8 des jeweiligen Innendeckbands 4 der jeweiligen Leitschaufel 2 als Gewindebohrung ausgeführt. In diesem Fall kommt dann als Verbindungselement eine Schraube zum Einsatz, die sich mit ihrem jeweiligen Schraubenkopfabschnitt in die jeweilige erste, als Sacklochbohrung ausgebildete Bohrung 7 und mit ihrem jeweiligen Schraubengewindeabschnitt in die jeweilige zweite Bohrung 8 hinein erstreckt.
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Nach der Verbindung von zwei unmittelbar benachbarten Leitschaufeln 2 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 wird eine weitere Leitschaufel 2 in den Leitschaufelring 6 in Radialrichtung eingeschoben, wobei dessen Innendeckband 4 dann die zuvor ausgebildete Schraubverbindung zwischen zwei Leitschaufeln 2 bzw. die jeweiligen fluchtenden Bohrungen 7, 8 an einer Seite verdeckt. Selbst dann, wenn sich demnach eine Verbindung der Leitschaufeln 2 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 lösen sollte, ist sichergestellt, dass die entsprechenden Verbindungselemente in ihrer Position im Bereich der Innendeckbänder 4 gehalten werden. Dieselben können demnach nicht in den Bereich des Rotors der Strömungsmaschine gelangen und denselben beschädigen.
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3 zeigt eine Variante der der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung, in welcher sowohl die erste Bohrung 7 als auch die zweite Bohrung 8, die in das Innendeckband 4 der jeweiligen Leitschaufel 2 eingebracht ist, als Durchgangsbohrung ausgebildet ist. In diesem Fall kommen dann als Verbindungselemente ebenfalls vorzugsweise Schrauben zum Einsatz, wobei sich die jeweilige Schraube mit einem Schraubenkopf in eine der jeweiligen Bohrungen 7 oder 8 hinein erstreckt und mit ihrem Schraubengewindeabschnitt in die jeweilige andere Bohrung 8 bzw. 7 hinein erstreckt, die dann eine mit dem jeweiligen Schraubengewindeabschnitt zusammenwirkende Mutter aufnimmt.
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Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung zeigt 4, wobei in 4 die Bohrungen 7, 8 in Übereinstimmung zur 3 wiederum als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, jedoch nicht als sogenannte Sacklochbohrungen, sondern vielmehr als keilförmige Bohrungen. Mit diesen Bohrungen wirken dann als Keilstifte oder Zylinderstifte ausgebildete Verbindungselemente zusammen, wobei sich jeder Keilstift durch zwei fluchtende Bohrungen 7, 8 unmittelbar benachbarter Deckbänder 4 unmittelbar benachbarter Leitschaufeln 2 erstreckt. Diese Bohrungen 7, 8 sind im Querschnitt konisch bzw. trichterartig oder kegelstumpfartig konturiert.
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An den Seiten 9, 10 der Innendeckbänder, an denen sich im Bereich der Leitschaufeln 2 bzw. der Innendeckbänder 4 eine unmittelbar benachbarte Leitschaufel mit ihrem jeweiligen Innendeckband 4 anschließt, erstrecken sich gegenüber der Axialrichtung schräg gestellte Begrenzungsflächen der Innendeckbänder 4. Längsmittelachsen der Bohrungen 7, 8 verlaufen senkrecht zu diesen Begrenzungsflächen der Innendeckbänder 4 und damit senkrecht zu den Seiten 9, 10.
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Die Mittelachsen der Bohrungen 7, 8 schließen mit einer Tangente an der jeweiligen Umfangsposition des jeweiligen Innendeckbands 4 einen Winkel zwischen 1° und 6°, bevorzugt zwischen 2° und 5°, besonders bevorzugt zwischen 3° und 4°, ein, sodass die jeweils fluchtenden Bohrungen 7, 8, die geradlinig verlaufen, dem Kreisumlauf der Leitschaufeln 2 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 in etwa folgen. Der hierfür notwendige Winkel ergibt sich aus der Anzahl von Schaufeln in der Leitschaufelanordnung.
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Mit der Erfindung wird demnach eine völlig neuartige Verbindung von Leitschaufeln 2 einer Leitschaufelanordnung 1 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 vorgeschlagen (oder auch an ihren Außendeckbändern). In die Innendeckbänder 4 der Leitschaufeln 2 sind vorzugsweise jeweils zwei Bohrungen eingebracht, wobei an den Seiten 9, 10 des Innendeckbands 4 einer jeden Leitschaufel 2 zwei Bohrungen 7, 8 unmittelbar benachbarter Leitschaufeln und damit unmittelbar benachbarter Innendeckbänder 4 fluchten, durch die sich zur Verbindung der Leitschaufeln 2 im Bereich ihrer Innendeckbänder 4 Verbindungselemente erstrecken, die bedingt durch ihre Position durch das Innendeckband 4 anderer benachbarter Leitschaufeln 2 verdeckt sind, sodass die Verbindungselemente selbst dann, wenn dieselben sich lösen sollten, nicht aus den Bohrungen 7, 8 herausfallen und im Bereich eines Rotors der Strömungsmaschine gelangen können.
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Die Erfindung kann bei unterschiedlichen Strömungsmaschinen unterschiedlicher Baugrößen zum Einsatz kommen, sowohl bei Turbinen als auch bei Verdichtern. Besonders bevorzugt kommt die Erfindung bei einer Leitschaufelanordnung für eine Dampfturbine zum Einsatz.
