DE10310432A1

DE10310432A1 - Rotor-Schluss

Info

Publication number: DE10310432A1
Application number: DE10310432A
Authority: DE
Inventors: René Bachofner; Petra Fabijan; Wolfgang Kappis; Michael Prof. Dr. Müller
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-23
Also published as: EP1457642A2; ATE427412T1; US7192256B2; DE502004009253D1; EP1457642B1; CN1534167A; EP1457642A3; US20040179945A1; CN1534167B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor-Schluss (1) für Rotoren (2) thermischer Turbomaschinen mit Umfangsnut (3), bestehend aus zwei Schlusshälften (4, 4') mit sich im eingebauten Zustand gegenüberstehenden Seitenflächen (5, 5') und einem dazwischen eingeschobenen Keil (6), welcher im eingebauten Zustand formschlüssig in den Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') verankert ist, wobei der Rotor-Schluss (1) in axialer Richtung des Rotors (2) zwischen zwei Laufschaufeln (7, 7') angeordnet ist. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schlusshälften (4, 4') in axialer Richtung des Rotors (2) mit je einer Verhängung (8, 8', 9, 9') an den beiden benachbarten Laufschaufeln (7, 7') befestigt ist. Diese vier Verhängungen (8, 8', 9, 9') nehmen nun anstelle des Rotors (2) die Axialkräfte auf, welche durch die Fliehkraft und den verstemmten Keil (6) hervorgerufen werden. Auf diese Weise werden störende Rotorvibrationen vorteilhaft vermieden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft einen Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Stand der Technik
Thermische Turbomaschinen, wie Turbinen und Verdichter, bestehen im wesentlichen aus einem mit Laufschaufeln bestückten Rotor und einem Stator, in den Leitschaufeln eingehängt sind.
Die feststehenden Leitschaufeln haben die Aufgabe, den Strom des zu verdichtenden bzw. des zu entspannenden gasförmigen Mediums so auf die rotierende Laufbeschaufelung zu lenken, dass die Energieumwandlung mit bestmöglichem Wirkungsgrad erfolgt.
Sowohl Laufschaufeln und als auch Leitschaufeln weisen im wesentlichen ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuss auf. Um die Laufschaufeln auf dem Rotor bzw. die Leitschaufeln im Stator befestigen zu können, sind im Stator und auf der Rotorwelle Nuten eingestochen. In diese Nuten werden die Füsse der Schaufeln eingeschoben und dort arretiert.

Es ist bekannt, dass die meisten Verdichterschaufelreihen von Gasturbinenrotoren in Umfangsnuten angeordnet sind. Bei der Montage solcher Schaufelreihen muss für die letzten zu montierenden Schaufeln eine spezielle Lösung gefunden werden, da dann die verbleibende Einfüllöffnung zu klein geworden ist. Diese Restöffnung wird mit einem sogenannten Rotor-Schluss aufgefüllt wird. Der Rotor-Schluss besteht aus einem halbierten Zwischenstück (zwei Schlusshälften), und einem Keil, mit Hilfe dessen die Schlusshälften im Rotor verstemmt werden. Der Rotor-Schluss stützt sich somit in axialer Richtung am Rotor ab. Die beiden Schlusshälften weisen bei diesem bekannten Stand der Technik jeweils eine gerade ausgebildete Seitenfläche auf, die an ihrem oberen Ende mit der oberen Deckfläche der Schlusshälfte einen überstehenden Lappen bildet. Die genannten Seitenflächen stehen sich im eingebauten Zustand gegenüber, wobei sich dann zwischen ihnen der Keil befindet. Nachdem die beiden Schlusshälften und der Keil eingebaut sind, werden abschliessend die Lappen der beiden Schlusslhälften über den Keil verstemmt.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass der Keil auf Grund des Kippmomentes der beiden Schlusshälften, welches durch die Fliehkraft während des Betriebes bewirkt wird, in der Lage ist, die verstemmten Lappen aufzubiegen. Der Keil kann somit aus dem Verdichter herausfliegen und es kann zu einem kompletten Verdichterschaden kommen.

Zwar kann dieser Nachteil durch eine noch nicht veröffentlichte Erfindung der Anmelderin beseitigt werden, bei welcher der Keil aufgestemmt wird und die Lappen des aufgestemmten Keiles in einem von den Seitenflächen der beiden Schlussstücke gebildeten herzförmigen Hohlraum verankert werden.

Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht aber darin, dass die Schlussstücke einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles Axialkräfte auf den Rotor ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte den Rotor verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rotor-Schluss zu entwickeln, welcher keine Axialkräfte auf den Rotor ausübt, so dass dadurch ein Auftreten von durch Axialkräften hervorgerufenen störenden Rotorvibrationen vermieden wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Rotor-Schluss für Rotoren thermischer Turbomaschinen gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass der Rotor-Schluss in axialer Richtung an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt ist. Jede der beiden Schlusshälften des Rotor-Schlusses ist in axialer Richtung des Rotors mit je einer Verhängung an den beiden benachbarten Laufschaufeln befestigt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass nunmehr die beiden Schaufeln, und nicht wie beim bekannten Stand der Technik der Rotor, die durch die Fliehkraft und den aufgestemmten Keil verursachten Axialkräfte aufnehmen. Dadurch werden vorteilhaft störende Schwingungen vermieden.

Die Verhängung kann gerade oder formschlüssig ausgebildet sein. Wenn die Schlusshälften und die benachbarten Laufschaufeln eine formschlüssige Baugruppe bilden, so hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass die benachbarten Schaufeln nicht durch die vom Schlussstück auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor hineingedreht werden, so dass sie sich bei ihrer thermischen Dehnung nicht verklemmen.

Es ist zweckmässig, wenn der Keil an seinem oberen Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen der Schlusshälften im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes von den aufgespreizten Lappen des Keiles bedeckt sind und der Keil dadurch in den Schlusshälften fest verankert ist. Durch das Aufspreizen des Keiles in die Herzform der beiden Schlusshälften wird vermieden, dass sich der Keil während des Betriebes aus seiner Verankerung lösen kann.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss nach Einbau in einen Verdichterrotor;
2 eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit gerader Verhängung nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil);
3 eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit formschlüssiger Verhängung nach Einbau in einen Verdichterrotor (ohne Keil) und
4 eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses mit Keil mit gerader Verhängung nach Einbau in einen Verdichterrotor.
In den Figuren sind jeweils gleiche Positionen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Wirkungsrichtung der Axialkraft ist mit Pfeilen bezeichnet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der 1 bis 4 näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch einen der Anmelderin bekannten Rotor-Schluss 1 nach dem erfolgten Einbau in einen Rotor 2.
Der in 1 dargestellte Rotor-Schluss 1 besteht aus zwei Schlusshälften 4, 4' mit sich gegenüberstehenden Seitenflächen 5, 5' und aus einem Keil 6, welcher an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotorlängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen 10, 10' aufweist. Die Seitenflächen 5, 5' der Schlusshälften 4, 4' weisen im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung auf, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum 11 bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes 11 von den aufgespreizten Lappen 10, 10' des verstemmten Keiles 6 bedeckt sind und den Keil 6 auf diese Weise formschlüssig fest in dem herzförmigen Hohlraum 11 verankern. Bei dieser der Anmelderin bekannten Ausführungsform stützt sich der Rotor-Schluss 1 bzw. die Schlusshälften 4, 4' in axialer Richtung am Rotor ab.
Ein Nachteil dieser technischen Lösungen besteht darin, dass die Schlussstücke 4, 4' einerseits durch die Fliehkraft während des Betriebes und anderseits durch das Verstemmen des Keiles 6 Axialkräfte F auf den Rotor 2 ausüben. Bei der Suche nach den Ursachen für die häufig auftretenden Rotorvibrationen hat man festgestellt, dass diese Axialkräfte F den Rotor 2 verbiegen und dadurch nachteilig störende Schwingungen erzeugen können.
Es wird daher eine technische Lösung (siehe 2 bis 4) vorgeschlagen, bei welcher der Rotor-Schluss sich in axialer Richtung nicht mehr am Rotor abstützt, sondern an den beiden benachbarten Schlussschaufeln, und zwar an den Schaufelfüssen.
In 2 ist eine Draufsicht eines schematisch dargestellten erfindungsgemässen Rotor-Schlusses 1 nach dem Einbau mit einer geraden Verhängung 8, 8', 9, 9' dargestellt. Nicht dargestellt ist der verstemmte Keil, welcher zum Abschluss die Restöffnung der Umfangsnut 3 füllt. Jede der beiden Schlusshälften 4, 4' ist in axialer Richtung des Rotors 2 mit je einer Verhängung 8, 8', 9, 9' an den beiden benachbarten Laufschaufeln 7, 7' (auch Schluss-Schaufeln genannt), und zwar an den Schaufelfüssen, befestigt. Diese vier Verhängungen 8, 8', 9, 9' nehmen nun anstelle des Rotors 2 die Axialkräfte F auf, welche durch die Fliehkraft und den verstemmten Keil hervorgerufen werden. Auf diese Weise wirken keine axialen Kräfte mehr auf den Rotor und störende Rotorvibrationen werden vermieden.
Da bei den in 2 dargestellten geraden Verhängungen 8, 8', 9, 9' jedoch das Risiko besteht, dass die benachbarten Schaufeln 7, 7' durch die von den Schlusshälften 4, 4' auf sie wirkenden Kräfte in den Rotor 2 hineingedreht werden und sich bei ihrer thermischen Dehnung verklemmen, ist es besser, die Verhängungen 8, 8', 9, 9' so auszubilden, dass die Schlusshälften 4, 4' und die Schaufeln 7, 7' eine formschlüssige Baugruppe bilden, wie in 3 dargestellt ist. Der Formschluss wird hier durch eine schwalbenschwanzartige Verhängung erreicht
Dieser formschlüssige Verbund der Schluss-Stücke und der benachbarten Schaufeln wird als Schluss-Paket bezeichnet.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Figur zeigt ein Schluss-Paket, bestehend aus den beiden Schlusshälften 4, 4', den sich zwischen den Schlusshälften befindenden verstemmten Keil 6 und den beiden Schluss-Schaufeln 7, 7'.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die erfindungsgemässe Lösung eignet sich für alle Schaufelreihen in Umfangsnut. Sie kommt vorteilhaft immer dann zum Einsatz, wenn der Rotor empfindlich auf Axialkräfte reagiert und dadurch störende Schwingungen entstehen können.

1: Rotor-Schluss
2: Rotor
3: Umfangsnut
4, 4': Schlusshälfte
5, 5': Seitenfläche der Schlusshälfte
6: Keil
7, 7': Laufschaufel
8, 8': Verhängung
9, 9': Verhängung
10, 10': Lappen des Keiles
11: herzförmiger Hohlraum
F: Axialkraft

Claims

Rotor-Schluss (1) für Rotoren (2) thermischer Turbomaschinen mit Umfangsnut (3), bestehend aus zwei Schlusshälften (4, 4') mit sich im eingebauten Zustand gegenüberstehenden Seitenflächen (5, 5') und einem dazwischen eingeschobenen Keil (6), welcher im eingebauten Zustand formschlüssig in den Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') verankert ist, wobei der Rotor-Schluss (1) in axialer Richtung des Rotors (2) zwischen zwei Laufschaufeln (7, 7') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Schlusshälften (4, 4') in axialer Richtung des Rotors mit je einer Verhängung (8, 8', 9, 9') an den beiden benachbarten Laufschaufeln (7, 7') befestigt ist.
Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhängung (8, 8', 9', 9') gerade ist.
Rotor-Schluss (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verhängung (8, 8', 9, 9') formschlüssig ist.
Rotor-Schluss (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (6) an seinem oberen, im eingebauten Zustand der Rotoriängsachse abgewandten Ende zwei durch einen Längsschlitz voneinander getrennte Lappen (10, 10') aufweist, welche im eingebauten Zustand aufgespreizt sind und dass die Seitenflächen (5, 5') der Schlusshälften (4, 4') im oberen Bereich jeweils eine Ausnehmung aufweisen, welche im eingebauten Zustand einen etwa herzförmigen Hohlraum (11) bilden, wobei die Wände dieses Hohlraumes (11) von den aufgespreizten Lappen (10, 10') des Keiles (6) bedeckt sind und der Keil (6) dadurch in den Schlusshälften (4, 4') fest verankert ist.