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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel einer Strömungsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine mit mehreren Leitschaufeln und eine Strömungsmaschine mit einer Leitvorrichtung.
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Aus der Praxis ist es hinlänglich bekannt, dass Strömungsmaschinen, wie zum Beispiel eine Turbine oder ein Verdichter, über mehrere statorseitige Baugruppen und mehrere rotorseitige Baugruppen verfügen. Zu den statorseitigen Baugruppen einer Strömungsmaschine gehört ein statorseitiges Gehäuse, wobei an dem statorseitigen Gehäuse mehrere statorseitige Leitschaufeln unter Ausbildung axial beabstandeter Leitvorrichtungen, die auch als Leitschaufelkränze bezeichnet werden, befestigt sind. Zu den rotorseitigen Baugruppen einer Strömungsmaschine gehören die rotorseitigen Laufschaufeln, die an einem Rotorgrundkörper befestigt sind.
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Aus der
DE 195 47 635 C2 ist eine Leitvorrichtung für eine Turbine mit mehreren Leitschaufeln bekannt. Jede Leitschaufel verfügt über ein Leitschaufelblatt sowie einen radial äußeren Leitschaufelfuß. Das Leitschaufelblatt dient der Strömungsführung und verfügt hierzu über strömungsführende Oberflächen, die insbesondere eine Saugseite und eine Druckseite der Leitschaufeln ausbilden. Über den radial äußeren Leitschaufelfuß ist die jeweilige Leitschaufel in einem Leitschaufelring montiert, wobei der Leitschaufelring an einem Leitschaufelträger des Gehäuses befestigt ist. Hierzu ragt der radial äußere Leitschaufelfuß der jeweiligen Leitschaufel in eine Ausnehmung des Leitschaufelrings hinein. Es ist auch möglich, auf einen Leitschaufelring zu verzichten und die Leitschaufeln direkt am Leitschaufelträger zu befestigen, wobei dann der radial äußere Leitschaufelfuß einer jeden Leitschaufel in eine Ausnehmung im Leitschaufelträger hineinragt.
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Um die Leitschaufeln mit ihren radial äußeren Leitschaufelfüßen entweder am Leitschaufelring oder Leitschaufelträger befestigen zu können, muss der Leitschaufelfuß einer jeden Leitschaufel aus in Radialrichtung gesehen,gestapelten Schaufelfußquerschnitten bestehen, die hinsichtlich ihrer Querschnittskontur sowie hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche identisch sind. Dies macht es nach der Praxis erforderlich, dass auch das Leitschaufelblatt der jeweiligen Leitschaufel aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelblattquerschnitten besteht, die auch hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche identisch ausgeführt sind. Insbesondere im Niederdruckanwendungsbereich ist es jedoch wünschenswert, stark verwundende Leitschaufelblätter zu nutzen. Dies ist jedoch bislang aufgrund der notwendigen Konturierung des jeweiligen Leitschaufelfußes nicht möglich. Es besteht daher Bedarf an einer neuartigen Leitschaufel, an einer Leitvorrichtung mit solchen Leitschaufeln und einer Strömungsmaschine mit einer solchen Leitvorrichtung, bei welchem Leitschaufeln genutzt werden können, die auch stark verwundende Leitschaufelblätter aufweisen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Leitschaufel einer Strömungsmaschine, eine neuartige Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine mit mehreren Leitschaufeln und eine neuartige Strömungsmaschine mit einer Leitvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Leitschaufel nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besteht das Leitschaufelblatt aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelblattquerschnitten, die sich hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und/oder hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche unterscheiden. Der Leitschaufelfuß besteht aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelfußquerschnitten, die hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche identisch sind. Ein radial innerster Schaufelfußquerschnitt des Leitschaufelfußes ist als Umhüllende eines radial äußersten Schaufelblattquerschnitts des Leitschaufelblatts ausgebildet, welcher den radial äußersten Schaufelblattquerschnitt vollständig umschließt.
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Die erfindungsgemäße Leitschaufel verfügt demnach über ein Leitschaufelblatt, welches aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelblattquerschnitten besteht, die sich hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und/oder hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche unterscheiden. Derartige Leitschaufelblätter werden auch als nicht-prismatische oder nicht-prismatischähnliche Leitschaufelblätter bezeichnet. An ein solches nicht-prismatisches oder nicht-prismatischähnliches Leitschaufelblatt schließt sich ein Leitschaufelfuß radial außen an, der aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelfußquerschnitten besteht, die hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche identisch sind, wobei ein solcher Leitschaufelfuß mit hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und Querschnittsfläche identischen Schaufelfußquerschnitten als prismatisch oder prismatischähnlich bezeichnet wird. Ein radial innerster Schaufelfußquerschnitt des Leitschaufelfußes der Leitschaufel ist erfindungsgemäß als Umhüllende eines radial äußersten Schaufelblattquerschnitts des Leitschaufelblatts der jeweiligen Leitschaufel ausgebildet. Diese Umhüllende umschließt den radial äußersten Schaufelblattquerschnitt vollständig. Ausgehend von diesem radial innersten Schaufelfußquerschnitt des Leitschaufelfußes ist derselbe als geometrische Extrusion des radial innersten Schaufelfußquerschnitts ausgeführt. Dadurch ist es möglich, Leitschaufeln mit stark verwundene Leitschaufelblätter zu nutzen und die Leitschaufeln über ihre Leitschaufelfüße einfach und zuverlässig in Ausnehmungen eines Leitschaufelrings oder eines Leitschaufelträgers zu befestigen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Schaufelfußquerschnitte rechteckförmig oder rautenförmig oder nierenförmig mit vorzugsweise abgerundeten Ecken konturiert. Derartige Schaufelfußquerschnitte sind geometrisch einfach und daher einfach zu fertigen. Über abgerundete Ecken kann die Festigkeit der Leitschaufelfüße vorteilhaft eingestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Leitvorrichtung ist in Anspruch 4 definiert.
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Vorzugsweise erstreckt sich der radial innerste Schaufelfußquerschnitt des Leitschaufelfußes der jeweiligen Leitschaufel, der als Umhüllende des radial äußersten Schaufelblattquerschnitts des Leitschaufelblatts der jeweiligen Leitschaufel ausgebildet ist, dort, wo entweder eine radial innere Fläche des Leitschaufelträgers oder eine radial innere Fläche des Leitschaufelrings das Schaufelblatt der jeweiligen Leitschaufel schneidet. Dies ist für eine Befestigung der Leitschaufeln über ihre Leitschaufelfüße im Leitschaufelträger oder Leitschaufelring besonders bevorzugt.
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Die erfindungsgemäße Strömungsmaschine ist in Anspruch 8 definiert.
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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:
- 1: einen Ausschnitt aus einer ersten erfindungsgemäßen Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine;
- 2: ein erstes Detail der 1;
- 3: ein zweites Detail der 1;
- 4: einen Ausschnitt aus einer zweiten erfindungsgemäßen Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine;
- 5: ein erstes Detail der 4;
- 6: ein zweites Detail der 4;
- 7: einen Ausschnitt aus einer dritten erfindungsgemäßen Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine;
- 8: ein erstes Detail der 7;
- 9: ein zweites Detail der 7.
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Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel einer Leitvorrichtung einer Strömungsmaschine, wie zum Beispiel einer Turbine oder eines Verdichters. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Leitvorrichtung mit mehreren solchen Leitschaufeln und eine Strömungsmaschine mit mindestens einer solchen Leitvorrichtung.
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1 bis 3 zeigen Details eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, nämlich 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Leitapparat 10 im Bereich mehrerer Leitschaufeln 11, die an einem Leitschaufelring 12 befestigt sind. 2 zeigt den Leitschaufelring 12 in Alleindarstellung, 3 zeigt eine Leitschaufel 11 in Alleindarstellung.
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Eine erfindungsgemäße Leitschaufel 11 verfügt über ein Leitschaufelblatt 13 sowie über einen radial äußeren Leitschaufelfuß 14, wobei die Leitschaufeln 11 über ihre radial äußeren Leitschaufelfüße 14 am Leitschaufelring 12 montiert sind, nämlich derart, dass die Leitschaufeln 11 mit ihren radial äußeren Leitschaufelfüßen 14 in Radialrichtung gesehen in entsprechend konturierte Ausnehmungen 15 im Leitschaufelring 12 eingesetzt sind.
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Die Leitschaufelblätter 13 der Leitschaufeln 11 dienen der Strömungsführung eines die Strömungsmaschine durchströmenden Fluids und verfügen hierzu über strömungsführende Oberflächen, die typischerweise eine Saugseite und eine Druckseite definieren. Saugseite und Druckseite gehen im Bereich einer Strömungseintrittskante und einer Strömungsaustrittskante des jeweiligen Leitschaufelblatts 13 ineinander über.
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Der radial äußere Leitschaufelfuß 14 einer jeden Leitschaufel 11 dient der Befestigung der jeweiligen Leitschaufel 11 am Leitschaufelring 12. Ein solcher Leitschaufelring 12 ist an einem Leitschaufelträger eines Gehäuses der Strömungsmaschine montiert, der sich radial außen an den Leitschaufelring 12 anschließt und in den Figuren nicht gezeigt ist.
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Es ist auch möglich, die Leitschaufeln 11 mit ihren radial äußeren Leitschaufelfüßen direkt am Leitschaufelträger zu montieren, wobei dann auf den Leitschaufelring verzichtet wird. In diesem Fall sind dann die Leitschaufeln 11 mit ihren radial äußeren Leitschaufelfüßen 14 in entsprechenden Ausnehmungen des Leitschaufelträgers eingesetzt.
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Bei der erfindungsgemäßen Leitschaufel 11 besteht das Leitschaufelblatt 13 derselben aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelblattquerschnitten, die sich hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und/oder hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche unterscheiden. Derartige Leitschaufelblätter mit sich hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und/oder hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche unterscheidenden Schaufelblattquerschnitten werden als nicht-prismatische oder nicht-prismatischähnliche Leitschaufelblätter bezeichnet, die verwunden sind.
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Der Leitschaufelfuß 14 der erfindungsgemäßen Leitschaufel 11 besteht aus in Radialrichtung gesehen gestapelten Schaufelfußquerschnitten, die sich hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und hinsichtlich ihrer Querschnittsfläche nicht unterscheiden, die also hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und ihrer Querschnittsfläche identisch ausgeführt sind. Derartige Leitschaufelfüße 14 mit hinsichtlich ihrer Querschnittskontur und ihrer Querschnittsfläche identischen Schaufelfußquerschnitte werden als prismatische oder prismatischähnliche Schaufelfüße bezeichnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Leitschaufel 11 ist ein radial innerster Schaufelfußquerschnitt des radial äußeren Leitschaufelfußes 14 als Umhüllende eines radial äußersten Schaufelblattquerschnitts des Leitschaufelblatts 13 ausgebildet, wobei dieser radial innerster Schaufelfußquerschnitt des Leitschaufelfußes 14 den radial äußersten Schaufelblattquerschnitt des Schaufelblatts 13 vollständig umschließt. Der Leitschaufelfuß 14 ist eine geometrische Extrusion des radial innersten Schaufelfußquerschnitts des Leitschaufelfußes 14 in Radialrichtung, der die Einhüllende für den radial äußersten Schaufelblattquerschnitt des Leitschaufelblatts 13 der Leitschaufel 11 bildet.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 sind die Schaufelfußquerschnitte im Querschnitt nierenförmig konturiert. Sämtliche Begrenzungsseiten desselben sind gewölbt bzw. abgerundet, so auch Ecken bzw. Kanten. Ausnehmungen 15 im Leitschaufelring 12 sind entsprechend konturiert.
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4 bis 6 sowie 7 bis 9 zeigen jeweils alternative Ausführungen von Leitschaufeln 11 sowie Leitvorrichtungen 10 einer Strömungsmaschine, die sich vom Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 lediglich durch die Konturierung der Schaufelfußquerschnitte und demnach durch die Konturierung der Querschnitte der radial äußeren Leitschaufelfüße 14 unterscheiden. Daher werden zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für identische Baugruppen identische Bezugsziffern verwendet und es wird auf die obigen Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 verwiesen, wobei nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die Ausführungsbeispiele der 4 bis 6 sowie der 4 bis 9 vom Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 unterscheiden.
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Während im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 die Schaufelfußquerschnitte nierenförmig konturiert sind, dieselben im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 rechteckförmig und im Ausführungsbeispiel der 4 bis 9 rautenförmig konturiert, auch die Ausnehmungen 15 im Leitschaufelring 12 sind im Querschnitt entsprechend konturiert.
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Die Erfindung ermöglicht es, Leitvorrichtungen für Strömungsmaschinen bereitzustellen, deren Leitschaufeln 11 Leitschaufelblätter 13 mit stark verwundenen Geometrien aufweisen, die also nicht-prismatisch oder nicht-prismatischähnlich konturiert sind.
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Die Leitschaufeln 11 verfügen hingegen über prismatische bzw. prismatischähnliche, radial äußere Leitschaufelfüße 14, über welche die Leitschaufeln 11 in durch Fräsen oder erodieren ausgebildeten Ausnehmungen eines Leitschaufelrings oder eines Leitschaufelträgers in Radialrichtung montiert bzw. eingesteckt sind.
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Die in die Ausnehmungen von Leitschaufelträger oder Leitschaufelring eingesetzten Leitschaufeln 11 können mithilfe von Schrauben oder Stemmdrähten am Leitschaufelträger oder Leitschaufelring fixiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leitvorrichtung
- 11
- Leitschaufel
- 12
- Leitschaufelring
- 13
- Leitschaufelblatt
- 14
- Leitschaufelfuß
- 15
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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