DE102021129534A1

DE102021129534A1 - Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung

Info

Publication number: DE102021129534A1
Application number: DE102021129534.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rauschmeier; Gerhard-Heinz Rösele
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2021-11-12
Filing date: 2021-11-12
Publication date: 2023-05-17
Also published as: US20230151773A1; EP4180635A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung (10) sowie ein Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung (10) einer Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln (11), deren Leitschaufelplattform (12) einen in einer Aufnahmeöffnung (14) eines Gehäuses (15) der Strömungsmaschine gelagerten Leitschaufelzapfen (13) aufweist, wobei ein Leitschaufelkopf (16) der Leitschaufel (11) einen Lagerzapfen aufweist, der an einem an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine angeordneten Innenring (19) gelagert ist. Bei dem Verfahren wird ein an einer Leitschaufelplattform (12) einer Leitschaufel (11) angeordneter Leitschaufelzapfen (13) in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung (14) eines Gehäuses (15) geführt und ein Innenring (19) an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln, deren Leitschaufelplattform einen Leitschaufelzapfen aufweist, welcher in einer Aufnahmeöffnung eines Gehäuses der Strömungsmaschine gelagert ist, und ein Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung.
Eine Strömungsmaschine umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine, die in Strömungsrichtung in Reihe angeordnet sind. Luft tritt in die Strömungsmaschine ein und wird im Verdichter unter Druck gesetzt. Die Druckluft wird dann in der Brennkammer mit Brennstoff vermischt. Heiße Verbrennungsgase werden erzeugt, wenn das Gemisch aus Druckluft und Brennstoff anschließend in der Brennkammer verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen stromabwärts zur Turbine, die den Verbrennungsgasen Energie entzieht, um den Verdichter anzutreiben.
Sowohl der Verdichter als auch die Turbine einer Strömungsmaschine umfassen üblicherweise mehrere Stufen, wobei jede Stufe eine Reihe stationärer Leitschaufeln und eine Reihe rotierender Laufschaufeln aufweist. Die stationären Leitschaufeln lenken den Gasstrom dabei so, dass er die rotierenden Laufschaufeln in einem vorgesehenen Winkel anströmt. Zum Anpassen des Anströmwinkels können die Leitschaufeln um ihre Längsachse verstellbar ausgeführt sein. Solche Leitschaufeln sind typischerweise an ihrem radial inneren Ende an einem stationären Innenring gelagert, wodurch eine Speichenzentrierung der Anordnung hergestellt wird. Hierdurch entsteht ein Freiheitsgrad des Innenringes relativ zu dem Rotor der Strömungsmaschine, wodurch ein notwendiges Spiel zwischen diesen Komponenten der Strömungsmaschine entsteht. Die radial äußeren Enden der verstellbaren Leitschaufeln sind dabei üblicherweise um ihre insbesondere radial ausgerichtete Längsachse drehbar am Gehäuse der Strömungsmaschine gelagert. Da am Innenring typischerweise mehrere Komponenten in einem engen Bauraum verbaut sind, sind mitunter aufwendige Innenringkonstruktionen erforderlich, welche die Stabilität bzw. Eigensteifigkeit des Innenrings und damit auch eine Kontinuität eines Dichtspalts der Strömungsmaschine beeinträchtigen.
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine und eine verbesserte Strömungsmaschine bereitzustellen. Ferner soll ein verbessertes Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung und zur Montage einer Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine zur Verfügung gestellt werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine mit mehreren verstellbaren Leitschaufeln vorgeschlagen. Die Leitschaufelplattform einer Leitschaufel weist einen Leitschaufelzapfen auf, welcher in einer, insbesondere radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung eines Gehäuses der Strömungsmaschine gelagert ist. Ein Leitschaufelkopf der Leitschaufel weist einen Lagerzapfen auf, der an einem Innenring gelagert ist, welcher an einem Rotor der Strömungsmaschine angeordnet ist. Eine Abstützeinrichtung ist in einem zwischen dem Gehäuse und der Leitschaufelplattform ausgebildeten Montageraum angeordnet, welche die Leitschaufel gegen das Gehäuse abstützt.
Durch die Abstützeinrichtung wird eine Relativbewegung der Leitschaufeln zu dem Gehäuse, insbesondere in einer Längsrichtung der Leitschaufel, und insbesondere von mehreren Leitschaufeln zueinander, reduziert, insbesondere verhindert. Somit kann eine durch eine Relativbewegung der Leitschaufel(n) hervorgerufene Belastung des Innenrings verringert werden, wodurch einerseits ein vereinfachter Aufbau des Innenrings ermöglicht und andererseits die Montage der Leitschaufelanordnung durch eine vereinfachte Bauweise des Innenrings erleichtert wird.
Eine Strömungsmaschine weist ein axial durchströmbares Gehäuse (Stator) auf, an dem mehrere Leitschaufeln, insbesondere eine Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Leitschaufeln radial zu einer Drehachse der Strömungsmaschine insbesondere speichenzentriert angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Gehäuse auch insbesondere umlaufend einstückig ausgeführt sein, wodurch eine gleichmäßigere Thermaldehnung des Gehäuses, und so ein verbessertes Spaltverhalten zwischen Rotor und Stator ermöglicht wird.
Jede Leitschaufel kann über eine Lagerbuchse in der Aufnahmeöffnung des Gehäuses drehbar gelagert sein. Zur Verstellung kann die Leitschaufel insbesondere an einem gehäuseaußenseitig angeordneten Ende des Leitschaufelzapfens mit einem Verstellmechanismus und insbesondere einem Verstellhebel verbunden sein. Mittels des Verstellmechanismus kann die Leitschaufel, insbesondere in einem vorbestimmten Winkel, um ihre Verstellachse drehbar sein.
Die sich insbesondere radial zu einer Drehachse der Strömungsmaschine erstreckende Leitschaufel weist an ihrer dem Rotor der Strömungsmaschine zugewandten Seite den Leitschaufelkopf auf, welcher am Innenring gelagert ist. Der Leitschaufelkopf weist hierzu einen Lagerzapfen auf, der von einem insbesondere umfangsseitig am Innenring angeordneten Lagersitz aufgenommen und in diesem drehbar gehalten ist. Der Innenring ist eingerichtet, den Rotor koaxial zu umgeben und eingerichtet, die Leitschaufeln der Leitschaufelanordnung miteinander zu verbinden, um die Leitschaufelanordnung zu stabilisieren und ein geeignetes Schwingungsverhalten der Leitschaufelanordnung herzustellen. Am Innenring ist eine Dichtungseinrichtung angeordnet, welche zum Abdichten eines Dichtspalts dient, der zwischen dem Innenring und den gegenüberliegend am Rotor angeordneten Umfangsflächen gebildet ist. Hierbei kann der Innenring an seiner dem Rotor zugewandten radialen Innenfläche beispielsweise einen radial äußeren Teil einer Labyrinthdichtung aufweisen, der mit einem zweiten an der gegenüberliegenden radialen Außenfläche des Rotors angeordneten radial inneren Teil eine Labyrinthdichtung ausbildet.
Die vorgeschlagene Lösung beruht unter anderem auf der Idee, eine Leitschaufel an ihrem gehäuseseitigen Ende so abzustützen, dass die Leitschaufelanordnung eine höhere Stabilität aufweisen kann, um den Aufbau des Innenrings einfacher zu gestalten. Es wird hierzu vorgeschlagen, einen insbesondere bei der Montage der Leitschaufel ausgebildeten Montageraum zum Abstützen der Leitschaufel zu nutzen.
Dieser Montageraum ist insbesondere im Wesentlichen im Gehäuse der Strömungsmaschine ausgebildet und kann wenigstens teilweise offen bzw. durch die Leitschaufelplattform begrenzt sein. Dabei kann die Leitschaufelplattform insbesondere im Wesentlichen vollständig innerhalb des Montageraums angeordnet sein, oder zumindest teilweise aus diesem heraus ragen. Der Montageraum kann dabei wenigstens einen insbesondere entlang der radialen Innenseite des Gehäuses verlaufenden und/ oder segmentiert ausgebildeten Vorsprung oder Wandung aufweisen, welcher zum Anordnen der Leitschaufeln und/ oder zum Anordnen oder Befestigen der Abstützeinrichtung dient. Die Abstützeinrichtung kann dabei ausgebildet sein, den Montageraum, insbesondere radial zur Strömungsmaschine, wenigstens bereichs- oder abschnittsweise im Wesentlichen vollständig auszufüllen, um eine Abstützung der Leitschaufel zu ermöglichen. Insbesondere ist die Abstützeinrichtung eingerichtet, den Leitschaufelzapfen, insbesondere axial, wenigstens teilweise zu umgreifen, um die Leitschaufel insbesondere auch in axialer Richtung des Leitschaufelzapfens abzustützen. Auf diese Weise wird die Leitschaufel insbesondere im Wesentlichen spielfrei gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Dabei ist die Abstützeinrichtung insbesondere auch eingerichtet, radial zum Leitschaufelzapfen wenigstens teilweise am Gehäuse anzuliegen, um eine Krafteinleitung in radialer Richtung des Leitschaufelzapfens über die Abstützeinrichtung in das Gehäuse zu ermöglichen.
Bei einigen Ausführungsformen ist zwischen der im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnung und dem Leitschaufelzapfen eine Lagerbuchse angeordnet, welche den Leitschaufelzapfen insbesondere um eine Achse des Leitschaufelzapfens drehbar lagert und so eine Verstellbarkeit der Leitschaufel ermöglicht. Zudem kann zwischen der Leitschaufelplattform und der Abstützeinrichtung auch eine in axialer Richtung wirkende Gleitbuchse angeordnet sein, welche eingerichtet ist, eine Drehbewegung der Leitschaufel, insbesondere der Leitschaufelplattform, gegenüber der Abstützeinrichtung zu ermöglichen.
Die vorgeschlagene Leitschaufelanordnung ermöglicht es bei der Montage der Leitschaufeln an dem Innenring einen durch den Montageraum am Gehäuse geschaffenen Freiheitsgrad zu nutzen, wodurch die Bereitstellung und Zugänglichkeit von Bauteilen insbesondere der Leitschaufelanordnung verbessert wird. Hierdurch kann auch der Innenring vereinfacht aufgebaut und montiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die vorgeschlagene Leitschaufelanordnung und deren vereinfachte Montage eine Ausführung des Gehäuses und/ oder des Innenrings der Strömungsmaschine als ungeteilte Bauteile. Durch den zusätzlichen Wegfall von Verbindungskomponenten für das Gehäuse bzw. den Innenring wird ferner eine Gewichtsreduktion und ein grundsätzlich kostengünstigerer Aufbau der Strömungsmaschine ermöglicht. Darüber hinaus kann durch die vorgeschlagene Struktur, welche eine Abstützeinrichtung in dem Montageraum bzw. zwischen der Leitschaufel und dem Gehäuse vorsieht, welche insbesondere um ein der Leitschaufelplattform zugewandtes Ende eines Leitschaufelzapfens angeordnet ist, die Schwingungsresistenz der Leitschaufel(n) und somit auch der Leitschaufelanordnung verbessert werden.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist der Innenring einstückig bzw. einteilig oder segmentiert ausgebildet. Ein einstückiger bzw. einteiliger Innenring im Sinne der Offenbarung ist als ein den Rotor vollständig umgreifender Ring ausgebildet, der axial um den Rotor der Strömungsmaschine aufschiebbar bzw. aufgeschoben ist. Insbesondere umfangsseitig weist der Innenring wenigstens einen insbesondere radial zur Strömungsmaschine ausgerichteten Lagersitz auf, welcher eingerichtet ist, einen Lagerzapfen einer Leitschaufel aufzunehmen.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann der Innenring auch als Halbring ausgebildet sein. Ein Halbring im Sinne der Offenbarung beschreibt einen Halbkreisbogen und ist insbesondere als ein Kreisbogen mit einem Innendurchmesser und einem hierzu koaxial angeordneten Außendurchmesser, aufweisend einen Mittelpunktswinkel von 180° über dem Innen- und/ oder Außendurchmesser ausgebildet. Insbesondere ist der Innenring der Leitschaufelanordnung aus zwei Halbringen gebildet, die einander zu einem umlaufenden Ring ergänzen, welcher eingerichtet ist, den Rotor koaxial vollständig zu umschließen. Durch eine solche Ausführung des Innenrings kann die Stabilität des Innenrings und/ oder der Leitschaufelanordnung erhöht werden, wodurch auch eine Abdichtung eines umlaufenden Dichtspalts der Strömungsmaschine stabilisiert und damit verbessert werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das Gehäuse insbesondere umlaufend einteilig ausgebildet. Hierdurch kann eine Luftdichtheit des Gehäuses und damit der Strömungsmaschine verbessert werden. Ferner resultiert aus dem zusätzlichen Material der Flanschflächen ein ungleiches thermisches Verhalten über den Umfang des Gehäuses, welches die Radialspalte zwischen Rotor und Stator ungünstig beeinflusst. Darüber hinaus weist ein einteiliges Gehäuse eine einfachere Konstruktion auf, so dass dieses auch kostengünstiger herstellbar ist, insbesondere auch, da zum Verbinden mehrerer Gehäuseteile erforderliche Befestigungselemente wie Muttern und Schrauben entfallen können.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann die Abstützeinrichtung ausgebildet sein, eine Verstellachse der Leitschaufel in der Aufnahmeöffnung zu zentrieren. Hierzu kann die Abstützeinrichtung eingerichtet sein, die Leitschaufel zusätzlich zu einer Abstützung in radialer Richtung auch axial und/ oder in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine insbesondere gegenüber deren Gehäuse vorzusehen. Durch eine Zentrierung der Leitschaufeln kann auch ein Verschleiß einer Lagerbuchse in der Aufnahmeöffnung reduziert werden.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung weist die Abstützeinrichtung wenigstens ein erstes Abstützelement und wenigstens ein zweites Abstützelement auf. Die Abstützelemente können dabei derart ausgebildet sein und/ oder in dem Montageraum angeordnet sein, dass sie eine Abstützeinrichtung ausbilden bzw. die Leitschaufel gegen das Gehäuse abstützen. Beispielsweise können das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement derart ausgebildet sein bzw. zusammenwirken, dass sie, insbesondere gemeinsam, den Leitschaufelzapfen radial wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, umschließen. Dabei können das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement aneinander anliegen. Insbesondere sind beide Abstützelemente ausgebildet, auch in axialer und/ oder Umfangsrichtung an dem Gehäuse, insbesondere innerhalb des Montageraums am Gehäuse anzuliegen, um die Leitschaufel abzustützen. Insbesondere sind die Abstützelemente einzeln und unabhängig voneinander in den Montageraum einbringbar bzw. in diesem bewegbar, wodurch eine Montage der Leitschaufelanordnung weiter vereinfacht wird.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das erste Abstützelement mittels des zweiten Abstützelements arretiert. Insbesondere ist das erste Abstützelement derart mittels des zweiten Abstützelements arretiert bzw. fixiert, dass es, insbesondere im Betrieb, fest in dem Montageraum angeordnet ist. Beispielsweise kann ein erstes Abstützelement an einem geeignet ausgerichteten Vorsprung bzw. einer Wandung des Gehäuses anliegen und von einem zweiten Abstützelement in Position gehalten werden. Hierbei kann der Montageraum benachbart zum Leitschaufelzapfen durch das Gehäuse bzw. einen Vorsprung oder Wandung des Gehäuses begrenzt sein und in einem weiteren zum Leitschaufelzapfen benachbarten Bereich, insbesondere gegenüberliegend, offen ausgebildet sein, um ein oder mehrere Abstützelemente bei der Montage anordnen zu können.
Die Abstützelemente können zueinander korrespondierend bzw. analog zueinander ausgebildet sein, um eine formschlüssige Verbindung auszubilden. Insbesondere können die Abstützelemente jeweils einander zugewandte Kontaktflächen aufweisen, die ausgebildet sind, einen Formschluss zwischen den beiden Abstützelemente herzustellen. Bei einer Ausführung kann auch eine zusätzliche Fixierung insbesondere eines ersten Abstützelements entfallen, wodurch eine Montage der Leitschaufelanordnung vereinfacht wird.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann das zweite Abstützelement mittels einem, insbesondere an dem Gehäuse angeordneten Befestigungselement arretiert sein. Das Befestigungselement kann ausgebildet sein und/ oder derart in dem Gehäuse angeordnet sein, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Abstützelement und dem Befestigungselement vorliegt. Insbesondere kann das Befestigungselement durch ein an einem inneren Umfang des Gehäuses angeordneten Linerelement gebildet sein. Hierbei wird das zweite Abstützelement mittels dem Linerelement arretiert bzw. befestigt, wobei das Linerelement in eine hierfür eingerichtete Aufnahmeeinrichtung des Gehäuses eingeschoben sein kann. Auf diese Weise ist auch eine platzsparende Befestigung des zweiten Abstützelements und somit insbesondere des ersten Abstützelements bzw. der Abstützeinrichtung möglich.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann das erste Abstützelement als Hohlzylindersegment ausgebildet sein. Insbesondere kann das erste Abstützelement als Hohlzylinderhälfte bzw. als ein Hohlzylindersegment, aufweisend einen Mittelpunktswinkel von 180° über dem Außen- und/ oder Innendurchmesser des Holzylindersegments, ausgebildet sein. Ein Innendurchmesser des Hohlzylinders entspricht insbesondere im Wesentlichem einem Durchmesser des Leitschaufelzapfens, so dass das erste Abstützelement den Leitschaufelzapfen teilweise, insbesondere zur Hälfte, radial umgreift und somit einen festen Sitz bzw. eine formschlüssige Abstützung der Leitschaufel ermöglicht. Das Abstützelement kann dabei beispielsweise über eine Rotation um den Leitschaufelzapfen herum in dem Montageraum platzierbar sein.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann das zweite Abstützelement eingerichtet sein, mit wenigstens zwei ersten Abstützelementen, die jeweils einer Leitschaufel zugeordnet sind, eine Abstützeinrichtung, insbesondere für die jeweilige(n) Leitschaufel(n), auszubilden. Das zweite Abstützelement kann dazu eingerichtet sein, wenigstens zwei, insbesondere mehrere, in Umfangsrichtung benachbarte, erste Abstützelemente zu kontaktieren bzw. an diesen anzuliegen und/ oder diese zu arretieren, um eine Abstützeinrichtung zu bilden. Insbesondere kann der Montageraum dieser Ausführungsform entlang eines radialen Innenumfangs des Gehäuses der Strömungsmaschine ausgebildet sein. Beispielsweise kann auch ein Bereich des Montageraums, der eingerichtet ist, das zweite Abstützelement darin anzuordnen, entlang eines radialen Innenumfangs des Gehäuses der Strömungsmaschine ausgebildet sein. Auf diese Weise können auch mehrere bzw. auch eine Vielzahl erster Abstützelemente mittels eines zweiten Abstützelements arretiert werden, wodurch eine Stabilität der Abstützeinrichtung(en) und somit der Leitschaufelanordnung verbessert werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann das zweite Abstützelement als Ringsegment ausgebildet sein, welches wenigstens zwei Adapterabschnitte aufweist, und jeder Adapterabschnitt ausgebildet ist, mit einem ersten Abstützelement zusammenzuwirken, um eine Abstützeinrichtung zu bilden. Insbesondere kann das zweite Abstützelement als Halbring ausgebildet sein, sodass zwei zweite Abstützelemente miteinander einen im Wesentlichen vollständigen Kreisring ausbilden, um in einem umlaufend, insbesondere entlang einer radialen Innenseite des Gehäuses ausgebildeten Montageraum oder einem umlaufend ausgebildetem Bereich des Montageraums anordenbar oder angeordnet zu sein.
Ein Adapterabschnitt ist dabei insbesondere an einer Stirnseite des Ringsegments angeordnet und weist eine insbesondere radial ausgerichtete Ausnehmung auf. Der Adapterabschnitt des zweiten Abstützelements ist dazu eingerichtet, mit einem ersten Abstützelement zusammenzuwirken, um eine Abstützeinrichtung zu bilden. Diese im Adapterabschnitt des zweiten Abstützelements angeordnete Ausnehmung kann hierbei im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein, um den Leitschaufelzapfen wenigstens teilweise aufzunehmen bzw. zu umgreifen. Zudem kann zu beiden Seiten der Ausnehmung jeweils eine Kontaktfläche für das erste Abstützelement vorgesehen sein, welche insbesondere eingerichtet ist, mit dem ersten Abstützelement einen Formschluss auszubilden.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung weist die Abstützeinrichtung wenigstens ein drittes Abstützelement auf. Bei einer solchen Ausführung wirkt wenigstens ein drittes Abstützelement insbesondere mit wenigstens einem ersten und/ oder wenigstens einem zweiten Abstützelement zusammen, um eine Abstützeinrichtung für wenigstens eine Leitschaufel auszubilden. So können das erste und das zweite Abstützelement beispielsweise baugleich, insbesondere spiegelsymmetrisch ausgebildet sein und insbesondere eingerichtet sein, den Leitschaufelzapfen zu umgreifen. Beispielsweise kann das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein und eine Ausnehmung aufweisen, welche eingerichtet ist, einen Leitschaufelzapfen aufzunehmen. Das erste und das zweite Abstützelement können auch eingerichtet sein, das dritte Abstützelement in dem Montageraum zu halten. Hierzu kann das dritte Abstützelement beispielsweise mit wenigstens einem ersten Abstützelement und/ oder wenigstens einem zweiten Abstützelement eine insbesondere formschlüssige Verbindung ausbilden.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung ist das dritte Abstützelement eingerichtet, zwischen zwei Leitschaufelplattformen angeordnet zu werden, um diese abzustützen. Dabei ist das dritte Abstützelement beispielsweise eingerichtet, eine formschlüssige Verbindung mit wenigstens einer Leitschaufelplattform auszubilden. Beispielsweise weist die Leitschaufelplattform quer zu einer Verstellachse der Leitschaufel eine im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur auf, welche eine Drehung um die Verstellachse ermöglicht. Das dritte Abstützelement kann bei einer solchen Ausführung eingerichtet sein, formschlüssig mit den Leitschaufelplattformen zweier benachbarter Leitschaufeln zusammenzuwirken, um diese gegeneinander abzustützen und zu beabstanden.
Beispielsweise kann das dritte Abstützelement ausgebildet sein, so im oder zumindest im Wesentlichen so im Montageraum angeordnet zu werden, dass es wenigstens eine Leitschaufelplattform gegen das Gehäuse abstützt. Insbesondere kann es zwischen zwei Leitschaufelplattformen im oder zumindest im Wesentlichen im Montageraum angeordnet werden, dass es zwei insbesondere benachbarte Leitschaufelplattformen gegeneinander und/ oder gegen das Gehäuse abstützt. Dabei kann das dritte Abstützelement wenigstens eine Fixiereinrichtung, insbesondere eine erste Fixiereinrichtung aufweisen. Diese greift beispielsweise formschlüssig in ein Fixierlager ein. Ein solches Fixierlager kann insbesondere als Nut ausgebildet sein, welche beispielsweise in wenigstens einem ersten Abstützelement, insbesondere in zwei ersten Abstützelementen ausgebildet ist. Das dritte Abstützelement kann auch eine zweite Fixiereinrichtung aufweisen, die ebenfalls insbesondere formschlüssig in ein Fixierlager eingreift, welches beispielsweise an wenigstens einem zweiten Abstützelement, oder insbesondere an zwei zweiten Abstützelementen ausgebildet ist.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung sind das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement jeweils mittels einem Befestigungselement arretiert. Dabei kann ein Befestigungselement beispielsweise als Schraub- oder anderweitig fixierbarer Bolzen ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform können die Abstützelemente jeweils mittels eines als Bolzen ausgebildeten Befestigungselements arretiert bzw. fixiert sein. Dabei kann ein Bolzen insbesondere quer zum Leitschaufelzapfen in einer im Gehäuse angeordneten Öffnung eingesetzt sein und ein Abstützelement an dem Leitschaufelzapfen fixieren, insbesondere gegen den Leitschaufelzapfen spannen, um die Leitschaufel gegen das Gehäuse abzustützen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Abstützelemente durch jeweils ein Befestigungselement von einer Montageposition in eine Halteposition, in welcher die Leitschaufel von den Abstützelementen im Gehäuse abgestützt wird, verschiebbar sind. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass im Gehäuse bzw. im Montageraum ein Bereich ausbildet ist, in welchem die Abstützelemente anordenbar bzw. vorhaltbar sind und mittels Befestigungselementen auf einander zu, insbesondere in Richtung zum Leitschaufelzapfen hin bewegbar sind, um eine Abstützeinrichtung zu bilden.
Bei einer Ausführungsform der Leitschaufelanordnung kann eine Vielzahl von Leitschaufeln radial, insbesondere umlaufend an dem Gehäuse angeordnet sein und jede Leitschaufel kann mittels einer Abstützeinrichtung gegen das Gehäuse abgestützt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine angegeben, umfassend die folgenden Schritte:

- Führen eines an einer Leitschaufelplattform einer Leitschaufel angeordneten Leitschaufelzapfens in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung eines Gehäuses;
- Bereitstellen eines Innenrings an einem Rotor der Strömungsmaschine;
- Führen des Leitschaufelzapfens aus der Aufnahmeöffnung bis ein an einem Leitschaufelkopf der Leitschaufel angeordneter Lagerzapfen in einen am Innenring angeordneten Lagersitz eingreift, wobei die Leitschaufelplattform mit dem Gehäuse einen Montageraum ausbildet;

- Anordnen einer Abstützeinrichtung in dem Montageraum, so dass die Leitschaufel gegen das Gehäuse abgestützt wird; und
- Arretieren der Abstützeinrichtung.

Durch das radiale Führen der Leitschaufel in der Aufnahmeöffnung wird die Montage der Leitschaufelanordnung vereinfacht, das der Bauraum in der Strömungsmaschine besser genutzt und der Aufbau des Innenrings vereinfacht werden kann. Darüber hinaus ist es durch das vorgeschlagene Verfahren auch möglich, die Leitschaufelanordnung in einem einteilig ausgeführten Gehäuse anzuordnen, wodurch die Strömungsmaschine leichter und kostengünstiger gestaltet werden kann.
Da die Leitschaufelanordnung rotationssymmetrisch zur Drehachse des Rotors angeordnet ist, kann die Montage der Leitschaufeln am Innenring radial um den Rotor herum erfolgen. Ferner kann der Innenring aufgrund der Nutzung eines gehäuseseitigen Montageraums zur Abstützung der Leitschaufeln einfacher ausgebildet werden. Dieser kann bei einer erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung beispielsweise als geschlossener, insbesondere einstückiger Ring ausgebildet sein oder sich beispielsweise aus zwei Halbringen zusammensetzen, wodurch die Anzahl der zu montierenden Komponenten reduziert werden kann. Insbesondere ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine Reduzierung der Komplexität der Gestaltung des Innenrings und damit auch eine kostengünstigere Herstellung und Montage des Innenrings sowie weiterer Komponenten der Strömungsmaschine.
Bei einer Ausführungsform erfolgt das Führen des Leitschaufelzapfens in und aus einer Aufnahmeöffnung entlang einer radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Verstellachse der Leitschaufel. Hierbei wird die Leitschaufel in den Bauraum der Strömungsmaschine eingebracht und die Verstellachse der Leitschaufel zur im Gehäuse ausgebildeten Aufnahmeöffnung ausgerichtet. Der Leitschaufelzapfen wird dann in die Aufnahmeöffnung geführt, insbesondere bis die dem Leitschaufelzapfen zugewandte Oberfläche der Leitschaufelplattform am Gehäuse anschlägt. Dabei ist die Leitschaufel in einer radial äußeren Position angeordnet, so dass radial innerhalb der Leitschaufel ausreichend Bauraum zur Verfügung steht, um einen Innenring am Rotor bereit zu stellen. Beispielsweise kann die Leitschaufel beim Führen in bzw. aus der Aufnahmeöffnung um einen Winkel, insbesondere um etwa 90° gedreht werden, um insbesondere ein Schaufelblatt der Leitschaufel, insbesondere temporär, in den Montageraum bewegen zu können, wodurch ein Bauraum zum Bereitstellen des Innenrings vergrößert werden kann.
Sobald der Innenring am Rotor bereitgestellt und insbesondere in der vorgesehenen Position angeordnet ist, kann die Leitschaufel entlang der Verstellachse aus der Aufnahmeöffnung geführt werden, bis der Lagerzapfen der Leitschaufel in einen am Umfang des Innenrings angeordneten Lagersitz eingreift und an diesem befestigt werden kann. Die Verstellachse ist insbesondere eine Mittelachse des Leitschaufelzapfens und damit auch die Drehachse der Leitschaufel, um welche diese Leitschaufel bzw. das Leitschaufelblatt drehbar ist, um eine gewünschte Anströmung durch den Luftstrom zu bewirken.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Verbindens des Leitschaufelzapfens mit einer Verstelleinrichtung. Die Verstelleinrichtung ist insbesondere eingerichtet, die Leitschaufel um ihre Verstellachse in einem vorbestimmten Winkel zu verstellen, um einen Gasstrom derart zu leiten, dass er in einem bevorzugten Winkel einer Anordnung von rotierenden Laufschaufeln strömt. Dabei kann die Verstelleinrichtung mittels eines Verstellhebels mit dem Leitschaufelzapfen verbunden werden. Insbesondere ist die Verstelleinrichtung so ausgeführt, dass diese mit einer Vielzahl weiterer Verstelleinrichtungen zusammenwirkt, welche mit einer Vielzahl von Leitschaufeln bzw. Leitschaufelzapfen einer Leitschaufelanordnung verbunden sind.
Bei einer Ausführungsform kann beim Anordnen der Abstützeinrichtung ein erstes Abstützelement und anschließend ein zweites Abstützelement in dem Montageraum angeordnet werden, um eine Abstützeinrichtung zu bilden. Dabei kann, insbesondere nachdem die Leitschaufel aus der Aufnahmeöffnung geführt und an dem Innenring angeordnet ist (Lagerzapfen greift in Lagersitz ein), ein erstes Abstützelement in den Montageraum eingeführt und anschließend mittels einem zweiten Abstützelement arretiert werden.
Insbesondere kann dabei jeder Leitschaufel ein erstes Abstützelement zugeordnet und in dem Montageraum angeordnet werden und nachfolgend mittels einem zweiten Abstützelement arretiert werden, wobei das zweite Abstützelement eingerichtet ist, mit mehreren ersten Abstützelementen zusammenzuwirken und eine Abstützeinrichtung für mehrere Leitschaufeln auszubilden. Hierbei kann das zweite Abstützelement als Ringsegment oder als Halbring ausgebildet sein, welches eingerichtet ist, im Wesentlichen in dem Montageraum aufgenommen zu werden.
Bei einer Ausführungsform kann das zweite Abstützelement mittels eines Befestigungselements, insbesondere mittels eines Linerelements der Strömungsmaschine, befestigt werden, wodurch insbesondere auch das erste Abstützelement arretiert wird.
Bei einer anderen Ausführungsform wird vor dem Einführen der Leitschaufel ein erstes und ein zweites Abstützelement im Montageraum angeordnet und nach dem Führen der Leitschaufel aus der Aufnahmeöffnung (Lagerzapfen greift in Lagersitz ein) wird ein drittes Abstützelement im Montageraum angeordnet. Das erste Abstützelement und das zweite Abstützelement können auf diese Weise in wenigstens einem Bereich des Montageraums vorgehalten werden, um in einem weiteren Schritt in eine Endlage gebracht zu werden, in welcher sie die Leitschaufel gegen das Gehäuse abstützen.
Hierbei kann das Gehäuse eine der Aufnahmeöffnung insbesondere vorgelagerte Öffnung des Montageraums zum Einführen der Leitschaufel bzw. der Leitschaufelplattform aufweisen, an welche ein Bereich zum Vorhalten des ersten Abstützelements und ein Bereich zum Vorhalten des zweiten Abstützelements angrenzt. Diese Bereiche sind insbesondere durch das Gehäuse begrenzt. In diesen Bereichen des Montageraums kann jeweils ein Abstützelement derart angeordnet werden, dass die Abstützelemente in einem weiteren Schritt zueinander und dabei zu dem zwischen diesen angeordneten Leitschaufelzapfen bewegbar sind, um diesen in Endlage insbesondere wenigstens teilweise zu umgreifen bzw. diesen formschlüssig gegen das Gehäuse abzustützen.
Nachdem sich die Leitschaufel in ihrer vorgesehenen Position befindet, insbesondere sofern der Lagerzapfen im Lagersitz am Innenring angeordnet ist, kann ein drittes Abstützelement in dem Montageraum zwischen der Leitschaufelplattform und dem Gehäuse angeordnet werden. Hierzu kann das dritte Abstützelement beispielsweise eingerichtet sein, einen Formschluss mit wenigstens einer Leitschaufelplattform herzustellen. Insbesondere ist das dritte Abstützelement ausgebildet, in einer zwischen dem Gehäuse und einer Leitschaufelplattform angeordneten Öffnung des Montageraums angeordnet zu werden. Hierbei ist das dritte Abstützelement insbesondere ausgebildet, den Montageraum zusammen mit der Leitschaufelplattform in eine dem Rotor zugewandten Richtung zu schließen. Der Montageraum bzw. ein oder mehrere Bereich(e) des Montageraums können entlang einer radialen Innenseite des Gehäuses ausgebildet sein.
Das dritte Abstützelement kann eingerichtet sein, zwischen zwei benachbarten Leitschaufelplattformen angeordnet zu werden. Dabei kann das dritte Abstützelement eingerichtet sein, einen Formschluss mit zwei benachbarten Leitschaufelplattformen auszubilden und diese zueinander zu beabstanden und/ oder gegen das Gehäuse abzustützen.
Ferner kann das dritte Abstützelement eine Fixiereinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, an wenigstens einem ersten Abstützelement und/oder an wenigstens einem zweiten Abstützelement angeordnet zu werden und mit wenigstens einem ersten Abstützelement, insbesondere zwei benachbarten ersten Abstützelementen, und/oder wenigstens einem zweiten Abstützelement, insbesondere zwei benachbarten zweiten Abstützelementen, formschlüssig verbunden zu werden. Beispielsweise kann das dritte Abstützelement wenigstens eine insbesondere T-förmige Fixiereinrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, an wenigstens einem oder zwischen zwei ersten und/ oder zweiten Abstützelement(en) angeordnet zu werden. Das erste Abstützelement und/oder das zweite Abstützelement kann dabei wenigstens eine Nut aufweisen, die eingerichtet ist, einen Teilbereich einer insbesondere T-förmigen Fixiereinrichtung aufzunehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine angegeben, umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Gehäuses;
- Anordnen einer ersten Laufschaufelanordnung in dem Gehäuse;
- Montieren einer ersten Leitschaufelanordnung gemäß einem oder mehrerer Aspekte des vorausgehend beschriebenen Verfahrens in dem Gehäuse; und
- Anordnen einer zweiten Laufschaufelanordnung in dem Gehäuse.

Eine Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine bildet insbesondere eine Verdichter- oder eine Turbineneinrichtung und weist üblicherweise mehrere Stufen auf. Jede Stufe umfasst dabei eine stationäre Leitschaufelanordnung und eine rotierende Laufschaufelanordnung, welche sich von einer Rotornabe aus erstreckt. Insbesondere kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren ein insbesondere ein- oder mehrteilig rotationssymmetrisch um eine Drehachse der Strömungsmaschine ausgebildetes Gehäuse bereitgestellt werden, in welchem eine erste Laufschaufelanordnung angeordnet wird. Dabei wird beispielsweise zunächst eine Vielzahl an Leitschaufeln derart in und insbesondere auch an dem Gehäuse angeordnet, dass jeweils ein Leitschaufelzapfen in eine insbesondere radial zur Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung des Gehäuses geführt wird. Dann wird ein Innenring insbesondere am Rotor bereitgestellt und der Leitschaufelzapfen der jeweiligen Leitschaufel wird aus der Aufnahmeöffnung in Richtung der Drehachse der Strömungsmaschine geführt, bis ein an einem Leitschaufelkopf der jeweiligen Leitschaufel angeordneter Lagerzapfen in einen am Innenring angeordneten Lagersitz eingreift. Die Leitschaufelplattform bildet nun mit dem Gehäuse einen Montageraum aus, in welchem in nächsten Schritt eine Abstützeinrichtung so angeordnet wird, dass diese die Leitschaufel(n) gegen das Gehäuse abstützt. In nächsten Schritt kann die Abstützeinrichtung dann arretiert werden. In einem weiteren Schritt kann der Leitschaufelzapfen der jeweiligen Leitschaufel mit einer Verstelleinrichtung verbunden werden.
In einem weiteren Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens zur Montage einer Strömungsanordnung wird eine zweite, insbesondere mit dem Rotor rotierende Laufschaufelanordnung der Strömungsmaschine in dem Gehäuse angeordnet. In optionalen weiteren Schritten können abwechselnd weitere Leitschaufelanordnungen und Laufschaufelanordnungen, insbesondere wie vorausgehend beschrieben, angeordnet werden, um eine Strömungsanordnung mit einer vorbestimmten Anzahl an Stufen bereitzustellen.
Das beschriebene Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung ermöglicht eine gegenüber bekannten Verfahren vereinfachte Montage, weil ein Bauraum in dem Gehäuse durch das insbesondere radiale Ein- und Ausführen der Leitschaufel(n) in die Aufnahmeöffnung(en) verbessert genutzt werden kann und zugleich ein vereinfachter Aufbau eines Innenrings der jeweiligen Leitschaufelanordnung sowie - insbesondere abhängig von weiteren Strukturen der Strömungsmaschine - eine einteilige Ausgestaltung des Gehäuses ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Strömungsmaschine angegeben, die wenigstens eine hierin beschriebene Leitschaufelanordnung aufweist oder welche eine gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren montierte Leitschaufelanordnung oder Strömungsanordnung aufweist. Eine solche Strömungsmaschine hat den Vorteil, dass diese vereinfacht gestaltet und montiert werden kann und zugleich kostengünstiger herstellbar ist.
Im Allgemeinen gilt die Offenbarung der beschriebenen Leitschaufelanordnung auch für ein entsprechendes Verfahren zur Montage einer Leitschaufelanordnung, Strömungsanordnung oder einer entsprechenden Strömungsmaschine, die eine oder mehrere Leitschaufelanordnungen umfasst, und umgekehrt. Die Merkmale der verschiedenen oben oder unten beschriebenen beispielhaften Aspekte und Ausführungsbeispiele können kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
2 eine schematische Darstellung der Abstützeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Leitschaufelanordnung aus 1;
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine;
4 eine schematische Darstellung der Abstützeinrichtung des zweiten beispielhaften Ausführungsbeispiels der Leitschaufelanordnung aus 3 in einem Schritt eines beispielhaften Montageverfahrens;
5 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung einer Strömungsmaschine; und
6a bis 6f eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage einer Strömungsanordnung einer Strömungsmaschine.

1 zeigt eine Leitschaufelanordnung 10 für eine Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln 11, deren Leitschaufelplattform 12 einen Leitschaufelzapfen 13 aufweist, welcher in einer radial zu einer Rotorachse RA der Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuses 15 der Strömungsmaschine gelagert ist. Eine Verstelleinrichtung 40 ist mittels eines Verstellhebels 41 mit dem Leitschaufelzapfen 13 verbunden, um die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A zu drehen.
Ein Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 weist einen Lagerzapfen 17 auf, welcher in einem Lagersitz 18 eines Innenrings 19 gelagert ist. Dieser Innenring 19 ist bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsform ungeteilt ausgebildet und erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zur Darstellungsebene um den Rotor 119. Der Innenring 19 weist an seiner radial inneren, dem Rotor 119 der Strömungsmaschine zugewandten Oberfläche einen radial äußeren Teil 50 einer Dichtungseinrichtung 52 auf, die mit einem an der radialen Umfangsfläche am Rotor 119 angeordneten zweiten radial inneren Teil 51 eine Dichtungseinrichtung 52 bildet.
Zwischen der Leitschaufelplattform 12 und dem Gehäuse 15 ist ein Montageraum 20 angeordnet, in welchem ein erstes Abstützelement 21 und ein zweites Abstützelement 22 angeordnet sind und eine Abstützeinrichtung 30 bilden, mittels welcher die Leitschaufel 11 gegen das Gehäuse 15 abgestützt ist. Hierbei sind die Abstützelemente 21, 22 eingerichtet, die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A in einer Lagerbuchse 23 der Aufnahmeöffnung 14 zu zentrieren. Zwischen der Leitschaufelplattform 12 und der Abstützeinrichtung 30 ist eine Gleitbuchse 32 angeordnet, um ein Verstellen der Leitschaufel 11 zu ermöglichen.
Der Montageraum 20 des Ausführungsbeispiels wird in axialer Richtung des Leitschaufelzapfens 13 von dem Gehäuse 15 und radial zum Leitschaufelzapfen 13 von einem sich radial entlang einer radialen Innenseite des Gehäuses 15 nach innen erstreckenden Absatz bzw. Vorsprung 151 des Gehäuses 15 begrenzt. Das erste Abstützelement 21 ist als Hohlzylindersegment ausgebildet, welches radial um den Leitschaufelzapfen 13 angeordnet ist. Das zweite Abstützelement 22 ist im Ausführungsbeispiel als Halbring ausgebildet, welcher sich in einer Ebene senkrecht zur Darstellungsebene um die Rotorachse RA erstreckt. Dabei ist stirnseitig am Abstützelement 22 eine Ausnehmung 26 (vgl. 2) ausgebildet, welche eingerichtet ist, den Leitschaufelzapfen 13 wenigstens teilweise zu umschließen. Angrenzend an die Ausnehmung 26 weist das zweite Abstützelement 22 eine Gestaltung auf, die ausgebildet ist, an dem ersten Abstützelement 21 anzuliegen, um so gemeinsam mit diesem den Leitschaufelzapfen 13 wenigstens teilweise zu umschließen bzw. eine Abstützeinrichtung 30 zu bilden.
An dem Gehäuse 15 ist ein Befestigungselement 24, das in der beispielhaften Ausführungsform als Linerelement ausgebildet ist, angeordnet bzw. in dieses eingeschoben. Mit dem Befestigungselement 24 wird das zweite Abstützelement 22 so im Montageraum 20 gehalten, dass dieses das erste Abstützelement 21 im Montageraum 20 arretiert. Wie in 1 weiter gezeigt ist, weist das zweite Abstützelement 22 eine Montagekante 221 auf, welche vorgesehen ist, mit dem Befestigungselement 24 zusammenzuwirken, um die Abstützeinrichtung 30 im Montageraum zu fixieren.
2 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhaften Abstützvorrichtung 30 der Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine aus 1. Das erste Abstützelement 21 der beispielhaften Ausführungsform ist eine Hohlzylinderhälfte, wobei der Innendurchmesser des Hohlzylinders ausgebildet ist, den (nicht dargestellten) Leitschaufelzapfen 13 einer Leitschaufel 11 wenigstens teilweise, bei der beispielhaften Ausführung etwa zur Hälfte zu umgreifen. Das zweite Abstützelement 22 ist als Halbring ausgebildet, welcher eingerichtet ist, umfangsseitig an dem Gehäuse 15 bzw. in dem Montageraum 20 angeordnet zu werden. An einer Stirnseite des zweiten Abstützelements 22 ist in einem Adapterabschnitt 25 eine Ausnehmung 26 ausgebildet, welche eingerichtet ist, zusammen mit dem ersten Abstützelement 21 den Leitschaufelzapfen 13 zu umgreifen, um diesen abzustützen.
Zu beiden Seiten der Ausnehmung 26 ist das zweite Abstützelement 22 insbesondere im Adapterabschnitt 25 eingerichtet, mit dem ersten Abstützelement 21 zusammenzuwirken, um dieses zu arretieren bzw. abzustützen. Das zweite Abstützelement 22 ist dabei eingerichtet mit einem oder mehreren, insbesondere in Umfangsrichtung benachbarten, ersten Abstützelementen 21, die jeweils einer Leitschaufel 11 zugeordnet sind, eine Abstützeinrichtung 30 zu bilden. Durch diese Konfiguration von Abstützelementen 21, 22 ist eine vereinfachte Montage der Leitschaufelanordnung 10 ermöglicht, da die Abstützelemente 21, 22 einfach in den Montageraum 20 einbringbar und dort positionierbar sind.
3 zeigt eine Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln 11, deren Leitschaufelplattform 12 einen Leitschaufelzapfen 13 aufweist, welcher in einer radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuse 15 der Strömungsmaschine gelagert ist. Ein Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 weist einen Lagerzapfen 17 auf, welcher in einem Lagersitz 18 eines Innenrings 19 gelagert ist. Dieser Innenring 19 wird bei dieser beispielhaften Ausführung von zwei Halbringen gebildet, welche koaxial zur Drehachse der Strömungsmaschine angeordnet sind und sich in der 3 in einer Ebene senkrecht zur Darstellungsebene erstrecken. Der Innenring 19 weist an seiner dem Rotor 119 der Strömungsmaschine zugewandten radialen Innenfläche einen radial inneren Teil 50 einer Dichtungseinrichtung auf, die mit einem radial außen am Rotor 119 angeordneten zweiten Teil 51 eine Dichtungseinrichtung 52 bildet.
Zwischen der Leitschaufelplattform 12 und dem Gehäuse 15 ist ein Montageraum 20 angeordnet, in welchem ein erstes Abstützelement 21, ein zweites Abstützelement 22 und ein drittes Abstützelement 200 angeordnet sind. Der Montageraum 20 wird axial und radial zum Leitschaufelzapfen 13 von dem Gehäuse 15 begrenzt. In einer in 4 dargestellten Vorhaltesituation, können die Abstützelemente 21, 22 jeweils in einem zweier Bereiche 20a, 20b des Montageraums 20 angeordnet sein und vorgehalten werden, um die Leitschaufelplattform 12 zwischen diesen in den Montageraum 20 einführen zu können. Bei dieser Ausführungsform sind die Bereiche 20a, 20b Teil des Montageraums 20.
Die Abstützelemente 21, 22 sind eingerichtet, den Leitschaufelzapfen 13 zu umgreifen und die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A in einer Buchse 23 der Aufnahmeöffnung 14 zu zentrieren. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Abstützelemente 21, 22 jeweils mittels einem Bolzen 224a, 224b im Gehäuse 15 fixiert, wobei die Bolzen 224a, 224b bei der beispielhaften Ausführung mittels jeweils einem Sicherungselement 225a, 225b gesichert sind.
Zusammen mit dem dritten Abstützelement 200 (vgl. 4) bilden das erste Abstützelement 21 und das zweite Abstützelement 22 eine Abstützeinrichtung 30, mittels welcher die Leitschaufel 11 gegen das Gehäuse 15 abgestützt ist. Zwischen der Leitschaufelplattform 12 und der Abstützeinrichtung 30 ist eine Gleitbuchse 32 angeordnet, um ein Verstellen der Leitschaufel 11 zu ermöglichen.
4. zeigt eine ausschnittsweise schematische Darstellung einer beispielhaften Abstützeinrichtung 30 des beispielhaften Ausführungsbeispiels der Leitschaufelanordnung 10 aus 3 während eines Montageschritts eines hierin beschriebenen Verfahrens zur Montage einer Leitschaufelanordnung 10. Dabei sind ein erstes Abstützelement 21 in einem Bereich 20a des Montageraums 20 und ein zweites Abstützelement 22 in einem Bereich 20b des Montageraums 20 vorgehalten, um in einem weiteren Schritt eines nachstehend näher beschriebenen Verfahrens in Richtung des Leitschaufelzapfens 13 verschoben zu werden, um die Leitschaufel 11 gegen das Gehäuse 15 abzustützen. Hierzu können beispielsweise Bolzen 224a, 224b vorgesehen sein, mittels welcher die Abstützelemente 21, 22 insbesondere durch Befestigungsöffnungen 226 im Gehäuse 15 verschoben und arretiert werden können.
In 4 ist ein Ausschnitt einer Leitschaufelanordnung 10 in einem Schritt eines nachstehend näher beschriebenen Verfahrens dargestellt. Ein nicht dargestellter Leitschaufelkopf 16 ist bereits an einem ebenfalls nicht dargestellten Innenring 19 angeordnet. Dargestellt sind zwei Leitschaufelplattformen 12, welche in einer durch das Gehäuse 15 gebildeten Öffnung 20c des Montageraums 20 angeordnet sind.
Ein drittes Abstützelement 200 ist unterhalb des Gehäuses 15 dargestellt und eingerichtet, in dem Montageraum 20 bzw. in der durch das Gehäuse 15 gebildeten Öffnung 20c zwischen zwei benachbarten Leitschaufelplattformen 12 angeordnet zu werden (das Schaufelblatt der Leitschaufeln 11 ist nicht dargestellt). Durch ein drittes Abstützelement 200 kann der Montageraum 20 abgeschlossen und die Leitschaufelplattformen 12 gleichzeitig gegeneinander und gegen das Gehäuse 15 abgestützt werden.
Das dritte Abstützelement 200 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegende Flanken 203a, 203b auf, die eingerichtet sind, an dem Gehäuse 15, insbesondere in der Öffnung 20c anzuliegen. Zwischen den Flanken 203a, 203b weist das dritte Abstützelement 200 gegenüberliegende Aufnahmebereiche 201a, 201b auf, die eingerichtet sind, jeweils eine Leitschaufelplattform 12 zweier benachbarter Leitschaufelplattformen 12 derart zu lagern, dass diese um ihre Verstellachse A drehbar sind.
An einer Oberseite, welche in einem Montagezustand wenigstens einem ersten Abstützelement 21 und wenigstens einem zweiten Abstützelement 22 zugewandt ist, weist das dritte Abstützelement 200 zwei Fixiereinrichtungen 202a, 202b auf, die eingerichtet sind, mit wenigstens einem ersten Abstützelement 21 und wenigstens einem zweiten Abstützelement 22 zusammenzuwirken, um das dritte Abstützelement 200 in dem Montageraum 20 zu arretieren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fixiereinrichtungen 202a, 202b so ausgebildet, dass sie zwischen jeweils zwei ersten Abstützelementen 21 und zwei zweiten Abstützelementen 22 angeordnet werden können. Dabei weisen die Abstützelemente 21 und 22 seitliche Nuten auf, die eingerichtet sind, mit der jeweiligen T-förmigen Fixiereinrichtung 202a, 202b eine formschlüssige Verbindung zu bilden. Hierzu wird das dritte Abstützelement 200 so in dem Montageraum 20 angeordnet, dass die Nuten der Abstützelemente 21, 22 bei einem aufeinander zu Bewegen der Abstützelemente 21, 22 in Richtung des Leitschaufelzapfens 13 in die Fixiereinrichtung 202a, 202b eingreifen. Auf diese Weise wird eine Abstützeinrichtung 30 gebildet, welche die Leitschaufel(n) 11 gegen das Gehäuse 15 abstützt.
Eine Leitschaufelanordnung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Vielzahl von beispielsweise in 1 oder 3 dargestellten Leitschaufeln 11 aufweisen, welche in radialer Ausrichtung an dem Gehäuse 15 angeordnet sind, wobei jede Leitschaufel 11 mittels einer Abstützeinrichtung 30 abgestützt ist.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100 zur Montage einer Leitschaufelanordnung 10 einer Strömungsmaschine.
In einem ersten Schritt 101 wird ein an einer Leitschaufelplattform 12 einer Leitschaufel 11 angeordneter Leitschaufelzapfen 13 in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung 14 eines Gehäuses 15 eingeführt, insbesondere bis die Leitschaufelplattform 12 an dem Gehäuse 15 anschlägt. In einem weiteren Schritt 102 wird ein Innenring 19 an einem Rotor 119 der Strömungsmaschine bereitgestellt. In einem weiteren Schritt 103 wird der Leitschaufelzapfen 13 aus der Aufnahmeöffnung 14 in radialer Richtung zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine geführt, bis ein an einem Leitschaufelkopf 16 der Leitschaufel 11 angeordneter Lagerzapfen 17 in einen am Innenring 19 angeordneten Lagersitz 18 eingreift. Dabei bildet die Leitschaufelplattform 12 mit dem Gehäuse 15 einen Montageraum 20 aus.
In einem weiteren Schritt 104 wird ein erstes Abstützelement 21 und ein zweites Abstützelement 22 in dem Montageraum 20 angeordnet, derart dass diese eine Abstützeinrichtung 30 bilden. In einem weiteren Schritt 105 wird das zweite Abstützelement 22, insbesondere mittels eines Befestigungselements 24 fixiert, wodurch insbesondere auch das erste Abstützelement 21 arretiert wird.
In einem weiteren Schritt 106 wird der Leitschaufelzapfen 13 mit einer Verstelleinrichtung 40, insbesondere mittels eines Verstellhebels 41 verbunden, um die Leitschaufel 11 um ihre Verstellachse A verstellen zu können.
6a bis 6f zeigen eine schematische Darstellung von Schritten eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zur Montage einer Strömungsanordnung 310 einer Strömungsmaschine. 6a zeigt einen Schritt des Bereitstellens eines Gehäuses 15. 6b zeigt das Anordnen einer ersten Laufschaufelanordnung 311, aufweisend einen ersten Rotorabschnitt 312 in dem Gehäuse 15. 6c zeigt das Montieren einer ersten Leitschaufelanordnung 10 gemäß einem hier beschriebenen Verfahren 100 in dem Gehäuse 15. Hierbei wird ein geteilter oder ungeteilter Innenring 19 in den zur Verfügung stehenden Bauraum der Strömungsmaschine eingebracht, woraufhin die Leitschaufeln 11 der Leitschaufelanordnung 10 an diesem angeordnet werden können. Da bei dem vorgeschlagenen Verfahren gegenüber bekannten Verfahren insbesondere eine Montage mehrerer Innenringkomponenten entfallen kann, vereinfacht sich die Montage der Strömungsanordnung 310.
6d zeigt das Anordnen einer zweiten Laufschaufelanordnung 313, welche einen zweiten Rotorabschnitt 314 aufweist, in dem Gehäuse 15 und 6e zeigt das Montieren einer zweiten Leitschaufelanordnung 10 gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren 100 in dem Gehäuse 15. 6f zeigt das Anordnen einer dritten Laufschaufelanordnung 315, welche einen zweiten Rotorabschnitt 316 aufweist, in dem Gehäuse 15.
Bezugszeichenliste

10: Leitschaufelanordnung
11: Leitschaufel
12: Leitschaufelplattform
13: Leitschaufelzapfen
14: Aufnahmeöffnung
15: Gehäuse
16: Leitschaufelkopf
17: Lagerzapfen
18: Lagersitz
19: Innenring
20: Montageraum
20a, 20b: Bereich des Montageraums
20c: Öffnung des Montageraums
21: erstes Abstützelement
22: zweites Abstützelement
23: Buchse
24: Befestigungselement
25: Adapterabschnitt
26: Ausnehmung
30: Abstützeinrichtung
32: Gleitbuchse
40: Verstelleinrichtung
41: Verstellhebel
50, 51: Teil einer Dichtungseinrichtung
52: Dichtungseinrichtung
100: Verfahren
101 - 106: Verfahrensschritte
119: Rotor
151: Vorsprung
200: drittes Abstützelement
201a, 201b: Aufnahmebereich
202a, 202b: Fixiereinrichtung
203a, 203b: Flanke
221: Kante
224a, 224b: Befestigungselement
225a, 225b: Sicherungselement
300: Verfahren
310: Strömungsanordnung
311: erste Laufschaufelanordnung
312: erster Rotorabschnitt
313: zweite Laufschaufelanordnung
314: zweiter Rotorabschnitt
315: dritte Laufschaufelanordnung
316: dritter Rotorabschnitt
A: Verstellachse
RA: Rotorachse

Claims

Leitschaufelanordnung (10) einer Strömungsmaschine, aufweisend mehrere verstellbare Leitschaufeln (11), deren Leitschaufelplattform (12) einen in einer Aufnahmeöffnung (14) eines Gehäuses (15) der Strömungsmaschine gelagerten Leitschaufelzapfen (13) aufweist, wobei ein Leitschaufelkopf (16) der Leitschaufel (11) einen Lagerzapfen (17) aufweist, der an einem an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine angeordneten Innenring (19) gelagert ist und wobei zwischen dem Gehäuse (15) und der Leitschaufelplattform (12) ein Montageraum (20) ausgebildet ist, in welchem eine Abstützeinrichtung (30) angeordnet ist, welche die Leitschaufel (11) gegen das Gehäuse (15) abstützt.
Leitschaufelanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der Innenring (19) einstückig oder segmentiert, insbesondere als Halbring ausgebildet ist.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstützeinrichtung (30) ausgebildet ist, eine Verstellachse (A) der Leitschaufel (11) in der Aufnahmeöffnung (14) zu zentrieren.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstützeinrichtung (30) wenigstens ein erstes Abstützelement (21) und wenigstens ein zweites Abstützelement (22) aufweist.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Abstützelement (22) mittels einem an dem Gehäuse (15) angeordneten Befestigungselement (24) befestigt ist.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Abstützelement (21) mittels dem zweiten Abstützelement (22) arretiert ist.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Abstützelement (21) als Hohlzylindersegment ausgebildet ist.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Abstützelement (22) eingerichtet ist, mit wenigstens zwei ersten Abstützelementen (21), die jeweils einer Leitschaufel (10) zugeordnet sind, eine Abstützeinrichtung (30) zu bilden.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Abstützelement (22) als Ringsegment ausgebildet ist, welches wenigstens zwei Adapterabschnitte (25) aufweist, und jeder Adapterabschnitt (25) ausgebildet ist, mit einem ersten Abstützelement (21) zusammenzuwirken, um eine Abstützeinrichtung (30) zu bilden.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abstützeinrichtung (30) wenigstens ein drittes Abstützelement (200) aufweist.
Leitschaufelanordnung (10) nach Anspruch 10, wobei das dritte Abstützelement eingerichtet ist, zwischen zwei Leitschaufelplattformen (12) angeordnet zu werden, um diese abzustützen.
Leitschaufelanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Abstützelement (21) und das zweite Abstützelement (22) jeweils mittels einem Befestigungselement (224a, 224b) arretiert sind.
Verfahren (100) zur Montage einer Leitschaufelanordnung (10) einer Strömungsmaschine, umfassend die folgenden Schritte: - Führen (101) eines an einer Leitschaufelplattform (12) einer Leitschaufel (11) angeordneten Leitschaufelzapfens (13) in eine radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordnete Aufnahmeöffnung (14) eines Gehäuses (15); - Bereitstellen (102) eines Innenrings (19) an einem Rotor (119) der Strömungsmaschine; - Führen (103) des Leitschaufelzapfens (13) aus der Aufnahmeöffnung (14) bis ein an einem Leitschaufelkopf (16) der Leitschaufel (11) angeordneter Lagerzapfen (17) in einen am Innenring (19) angeordneten Lagersitz (18) eingreift, wobei die Leitschaufelplattform (12) mit dem Gehäuse einen Montageraum (20) ausbildet; - Anordnen (104) einer Abstützeinrichtung (30) in dem Montageraum (20), so dass die Leitschaufel (11) gegen das Gehäuse (15) abgestützt wird; - Arretieren (105) der Abstützeinrichtung (30).
Verfahren (100) nach Anspruch 13, wobei das Führen des Leitschaufelzapfens (13) in und aus einer Aufnahmeöffnung (14) entlang einer radial zu einer Rotorachse der Strömungsmaschine angeordneten Verstellachse (A) der Leitschaufel (11) erfolgt.
Verfahren (100) nach Anspruch 13 oder 14, umfassend den weiteren Schritt: - Verbinden (106) des Leitschaufelzapfens (13) mit einer Verstelleinrichtung (40).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei beim Anordnen der Abstützeinrichtung (30) ein erstes Abstützelement (21) und ein zweites Abstützelement (22) in den Montageraum (20) angeordnet werden.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei vor dem Führen des Leitschaufelzapfens (13) in die Aufnahmeöffnung (14) ein erstes Abstützelement (21) und ein zweites Abstützelement (22) in dem Montageraum (20) angeordnet werden und nach dem Führen der Leitschaufel aus der Aufnahmeöffnung (14) ein drittes Abstützelement (200) in dem Montageraum (20) angeordnet wird.
Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung (310) einer Strömungsmaschine, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Gehäuses (15); - Anordnen einer ersten Laufschaufelanordnung (311) in dem Gehäuse (15); - Montieren einer ersten Leitschaufelanordnung (10) gemäß einem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 17 in dem Gehäuse (15); und - Anordnen einer zweiten Laufschaufelanordnung (313) in dem Gehäuse (15).
Verfahren zur Montage einer Strömungsanordnung (310) einer Strömungsmaschine nach Anspruch 18, wobei die Leitschaufelanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Strömungsmaschine, aufweisend wenigstens eine Leitschaufelanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/ oder welche wenigstens eine gemäß einem Verfahren (100) der Ansprüche 13 bis 17 montierte Leitschaufelanordnung (10) und/ oder eine gemäß einem Verfahren (100) nach Anspruch 18 oder 19 montierte Strömungsanordnung (310) aufweist.