DE19547653A1 - Leitvorrichtung für eine Turbine mit einem Leitschaufelträger und Verfahren zur Herstellung dieser Leitvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitvorrichtung für eine Turbine mit einem Leitschaufelträger, der in ein Turbinengehäuse, vorzugsweise das Gehäuse einer Dampfturbine, eingebaut und mit Leitschaufeln bestückt ist, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leitvorrichtung entsprechend dem Anspruch 12.

Um das Antriebsmedium einer Turbine, z. B. den Dampf bei einer Dampfturbine, im rich­ tigen Winkel auf die Laufschaufeln zu leiten, verwendet man eine Leitvorrichtung mit Leitschaufeln, die im sog. Leitschaufelträger fixiert und mit diesem im Turbinengehäuse montiert sind. Eine exakt ausgerichtete Einbaulage der Leitschaufeln muß dabei unbe­ dingt gewährleistet sein. Bisher verwendet man als Positionierungselemente, die eine solche exakte Positionierung der einzelnen Leitschaufeln zueinander ermöglichen, sog. Zwischenstücke. Deren Herstellung ist jedoch außerordentlich aufwendig, da zunächst zwei massive Stahlringe durch Drehen auf die entsprechenden Abmessungen zu brin­ gen sind und dann so zerschnitten werden müssen, daß eine Vielzahl einzelner Zwi­ schenstückrohlinge entsteht. Wegen der Schnittverluste werden zwei Stahlringe für die Zwischenstücke einer Leitreihe benötigt. Die Zwischenstückrohlinge sind nun einer sorgfältigen Bearbeitung ihrer Bauch- und Rückenseite zu unterwerfen, um ihnen eine Form zu geben, durch die zwei aufeinanderfolgende Zwischenstücke einen Freiraum bilden, der sich zur Aufnahme des zur Leitschaufel gehörigen Leitschaufelfußes eignet und außerdem durch eine spezielle Haltenut auch dessen Fixierung am Leitschaufel­ träger ermöglicht.

Durch die komplizierte Form der Zwischenstücke gestaltet sich nicht nur ihre Herstel­ lung aufwendig, sondern es kann hierdurch auch zu Qualitätsmängeln kommen, wenn die zu fordernde Paßgenauigkeit nicht erreicht wird. Wirkungsgradeinbußen durch ei­ ne nicht optimale Außenkontur sind ebenfalls möglich und durch Auswaschungen im Spaltenbereich kann die Zuverlässigkeit der Leitschaufelbefestigung leiden. Doch nicht nur bei den Zwischenstücken, sondern auch bei den Leitschaufeln gestaltet sich die Herstellung aufwendig, denn auch diese müssen mit einer Haltenut versehen werden deren Abmessungen exakt auf die Zwischenstücke abzustimmen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Leitvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die sich einfacher herstellen läßt, sich durch hohe Zuverläs­ sigkeit und Qualität auszeichnet und auch eine größere Servicefreundlichkeit bietet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausge­ staltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprü­ chen genannt.

Dadurch, daß als Positionierungselemente die beiden Hälften eines im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses geteilten Leitschaufelringes dienen, in dem radial verlaufende Profillöcher ausgebildet sind, die zum Einstecken des zu jeder Leitschaufel gehörigen Leitschaufelfußes dienen, wird der Grundaufbau der Leitvorrichtung ganz entscheidend vereinfacht. In Verbindung mit vorzugsweise entfernbaren ersten Halte­ elementen, die jeweils den Leitschaufelfuß am Leitschaufelring fixieren und zweiten Halteelementen, die jede der beiden Hälften des Leitschaufelrings am Leitschaufelträ­ ger festhalten, gelingt eine sichere und zuverlässige Befestigung der Leitschaufeln im Turbinengehäuse, die ggf. auch besonders servicefreundlich ist, wenn entfernbare er­ ste Halteelemente eingesetzt werden und diese einen Austausch defekter Leitschaufeln ermöglichen.

Eine besonders vorteilhafte Befestigung der Leitschaufeln am Leitschaufelring im Hin­ blick auf eine Austauschbarkeit wird dadurch erreicht, daß als erste Halteelemente Schaufelhaltestifte dienen, von denen mindestens einer im Bereich des Leitschaufelfu­ ßes von der Seite aus in axialer Richtung über eine entsprechende Bohrung in den Leitschaufelring und in den Leitschaufelfuß eindringt und beide Teile miteinander ver­ bindet. Im Servicefall kann der Schaufelhaltestift seitlich herausgezogen oder heraus­ geschlagen werden und gibt damit die Leitschaufeln zum Austausch frei.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß als zweite Halteelemente mit Gewinde versehene Ringhaltestifte dienen, von denen min­ destens einer ausgehend von einer Schnittfläche des Leitschaufelrings im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses über eine entsprechende Bohrung in den Leitschau­ felring und in den Leitschaufelträger eindringt und beide Teile miteinander verbindet. Auch diese Befestigung bietet im Servicefall eine gegenüber üblichen Schweißverbin­ dungen wesentlich erleichterte Austauschmöglichkeit, so daß ggf. der komplette Leit­ schaufelring oder eine seiner beiden Hälften ausgetauscht werden kann. Es ist zweck­ mäßig, wenn jede der beiden Hälften des Leitschaufelrings an jedem ihrer beiden En­ den von je einem Ringhaltestift durchdrungen wird und so beidseitig fixiert ist.

Eine Teilung des Leitschaufelrings im Bereich der Trennfuge ist dann problematisch, wenn die Leitschaufeln so dicht aufeinander folgen, daß sich ihre Mantelflächen in axialer Richtung gegenseitig überlappen. Um ein Trennen der Leitschaufeln zu vermei­ den sorgt man in diesem Fall dafür, daß die Schnittfläche, die den Leitschaufelring in zwei Hälften teilt, schräg zur Trennfuge des Turbinengehäuses, in der Mitte zwischen den Außenkonturen zweier benachbarter Profillöcher verläuft. Ein Verhaken der Stoß kanten beim Zusammenfügen der beiden Hälften des Leitschaufelrings läßt sich da­ durch vermeiden, daß die im Bereich der Trennfuge liegenden freien Enden der aufein­ andertreffenden Hälften abgeschrägt sind.

Sind die Leitschaufeln in einem ausreichenden Abstand zueinander angeordnet, so ge­ nügt es, wenn die Schnittfläche, die den Leitschaufelring in zwei Hälften teilt, parallel zur Trennfuge des Turbinengehäuses, zwischen zwei benachbarten Profillöchern ver­ läuft. Die Profillöcher selbst lassen sich in vorteilhafter Weise mit Hilfe einer Drahtero­ sion erstellen.

Das Einsetzen, aber vor allem auch ein im Servicefall erforderliches Herausschlagen der Schaufelhaltestifte wird dadurch erleichtert, daß die zur Aufnahme der Schaufelhal­ testifte dienenden Bohrungen als Durchgangslöcher ausgebildet sind, die den Schau­ felhaltestiften beidseitig des Leitschaufelfußes einen Eingriff am Leitschaufelring er­ möglichen. Demgegenüber sind die zur Aufnahme der Ringhaltestifte dienenden Boh­ rungen als Sacklöcher ausgebildet.

Wesentlich für einen vereinfachten Fertigungsablauf ist, daß die Tiefe der Profillöcher auf die Länge des Leitschaufelfüße so abgestimmt ist, daß diese mit ihrem freien Ende nicht das Ende der Profillöcher erreichen. Hierdurch entfällt eine Nachbearbeitung der äußeren Mantelfläche des Leitschaufelrings, die bei überstehenden Leitschaufelfüßen vor der Befestigung des Leitschaufelrings am Leitschaufelträger andernfalls zwingend erforderlich wäre.

Ein zur Herstellung der Leitvorrichtung geeignetes Verfahren sieht vor, daß zunächst ein Profilring zu einem Leitschaufelring fertiggedreht wird und dann durch Drahterodie­ ren Profillöcher in den Leitschaufelring eingebracht werden, in die je eine Leitschaufel mit ihrem Leitschaufelfuß eingesteckt wird. Anschließend werden durch Bohren von Durchgangslöchern und das Einsetzen von Schaufelhaltestiften die Leitschaufeln mit dem Leitschaufelring verbunden und schließlich wird durch Trennen des Leitschaufel­ rings in zwei Hälften eine Trennfuge gebildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Leitvorrichtung mit den beiden Hälften eines mit Leitschaufeln be­ stückten Leitrings in axialer Blickrichtung,

Fig. 2 zwei spiegelbildliche Ausschnitte von der Leitvorrichtung im Bereich der Trennfuge erstens mit Blickrichtung Z und zweitens mit Blickrichtung Y nach Fig. 3,

Fig. 3 je einen Schnitt durch die Leitschaufeln erstens entlang der Schnittlinie C-D und zweitens entlang der Schnittlinie A-B nach Fig. 1 für das Unterteil der Leitvorrichtung,

Fig. 4 je einen Schnitt durch die Leitschaufeln erstens entlang der Schnittlinie C-D und zweitens entlang der Schnittlinie A-B nach Fig. 1 für das Oberteil der Leitvorrichtung,

Fig. 5 den konventionellen Aufbau einer Leitvorrichtung mit Zwischenstücken.

Wie die Darstellung nach Fig. 1 erkennen läßt, gehören zur Leitvorrichtung einer Dampfturbine ein Leitschaufelträger 1 mit einem Leitschaufelträgeroberteil 1a und ei­ nem Leitschaufelträgerunterteil 1b, die durch eine Trennfuge 4 voneinander getrennt sind. In einer mit entsprechenden Abmessungen versehenen Ringnut des Leitschaufel­ trägers 1 ist paßgenau ein Leitschaufelring 5 mit seinen beiden Hälften 5a und 5b ein­ gefügt. An den beiden Hälften 5a, 5b des Leitschaufelrings 5, die als Positionierungse­ lemente für Leitschaufeln 2 dienen, sind diese mit ihrem Leitschaufelfuß 6 befestigt und in ihrer Lage exakt ausgerichtet. Hierzu ist der Leitschaufelring 5 mit Profillöchern 10 versehen, die auf das Profil des zur Leitschaufel 2 gehörigen Leitschaufelfußes 6 so abgestimmt sind, daß ein exakter Paßsitz gewährleistet ist.

Wie insbesondere die Fig. 2 bis 4 zeigen, ist zur Fixierung der Leitschaufelfüße 6 im Leitschaufelring 5 für jede Leitschaufel 2 ein Durchgangsloch 12 vorgesehen, das den Leitschaufelring 5 und den Leitschaufelfuß 6 durchdringt und sich zum seitlichen, in axialer Richtung verlaufenden Einstecken eines Schaufelhaltestiftes 7 eignet. Dieser Stift kann somit bei Bedarf zum Austausch einer Leitschaufel 2 wieder herausgeschla­ gen oder ausgebohrt werden. Die beiden zur Trennfuge 4 hin liegenden freien Enden des Leitschaufelrings 5 sind ausgehend von dieser Trennfuge 4, schräg zu ihr verlau­ fend, mit je einem Sackloch 11 versehen, in das ein Ringhaltestift 8 eingeschraubt wird.

Bei dem vorliegenden Beispiel nach den Fig. 1 bis 4 ist, wie man besonders in den Fig. 3 und 4 erkennt, der Leitschaufelring 5 im Bereich der Trennfuge 4 mit einer schräg verlaufenden Schnittfläche 9 versehen. Diese verläuft dabei mittig zwischen den Man­ telflächen von zwei benachbarten Leitschaufeln 2 ohne eine dieser Mantelflächen zu berühren. Bei ausreichendem Abstand zwischen benachbarten Leitschaufeln 2 könnte die Schnittfläche 9 aber auch mit der Trennfuge 4 fluchten. Die schrägen Schnittfläche 9 führen an den freien Enden der beiden Hälften 5a, 5b des Leitschaufelrings 5 zu Stoßkanten 14, die sich beim Zusammenfügen von Ober- und Unterteil verhaken könnten und die deshalb abgeschrägt sind. Die Leitschaufeln 2 besitzen an ihren freien Enden Nietzapfen 3, auf die ein Deckband mit entsprechenden Löchern aufgesetzt und zur Stabilisierung der Vorrichtung vernietet werden kann.

Fig. 5 dient zur Verdeutlichung des Unterschiedes gegenüber einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der als Positionierungselemente sog. Zwischenstücke 15 dienen. Die aus zwei gedrehten Ringen herausgeschnittenen Zwischenstückrohlinge bedürfen einer mehrseitigen intensiven Bearbeitung. Die Bauchseite 18 einerseits und die Rückenseite andererseits müssen so geformt werden, daß sie bei zwei benachbarten Zwischenstücken 15 eine Profilaussparung 17 bilden, die sich zur Aufnahme eines Leitschaufelfuß 6 eignet. Die Zwischenstücke 15 sind außerdem noch mit einer Haltenut 16 versehen, die sich auch im Leitschaufelfuß 6 der Leitschaufel 2 fortsetzt. Die Darstellung entspricht bezüglich ihrer Ansicht den Fig. 3 und 4.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Leitvorrichtung benötigt zur Herstellung der Positionierungselemente nur einen Ring, der fertiggedreht werden muß. Bei diesem werden dann im Drahterodierverfahren Profillöcher 10 ausge­ schnitten, in denen jeweils ein Leitschaufelfuß verankert werden kann. Hierzu werden die eingesteckten Leitschaufeln 2 zusammen mit dem Leitschaufelring mit jeweils einem Durchgangsloch 12 versehen, in das dann ein Schaufelhaltestift 7 eingesteckt wird. Nun kann das Trennen des Leitschaufelrings 5 in seine beiden Hälften 5a, 5b erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Leitschaufelträger
2 Leitschaufeln
3 Nietzapfen
4 Trennfuge
5 Leitschaufelring
6 Leitschaufelfuß
7 Schaufelhaltestift
8 Ringhaltestift
9 Schnittfläche
10 Profillöcher
11 Sackloch
12 Durchgangsloch
13 Leitschaufelzapfen
14 Stoßkanten
15 Zwischenstücke
16 Haltenut
17 Profilaussparung
18 Bauchseite
19 Rückenseite

Claims (12)

1. Leitvorrichtung für eine Turbine mit einem Leitschaufelträger (1a, 1b), der in ein Turbinengehäuse, vorzugsweise das Gehäuse einer Dampfturbine, eingebaut und mit Leitschaufeln (2) bestückt ist, zu deren Positionierung und Befestigung am Leit­ schaufelträger (1a, 1b) Positionierungselemente (5a, 5b) vorgesehen sind, die eine bestimmte Einbaulage der Leitschaufeln (2) gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionierungselemente (5a, 5b) die beiden Hälften eines im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses geteilten Leitschaufelringes (5) dienen, in dem radial verlaufende Profillöcher (10) ausgebildet sind, die zum Einstecken des zu jeder Leit­ schaufel (2) gehörigen Leitschaufelfußes (6) dienen und daß mindestens ein erstes Halteelement (7) vorgesehen ist, das vorzugsweise lösbar ist und jeweils den Leit­ schaufelfuß (6) am Leitschaufelring (5) fixiert und daß mindestens ein zweites Haltee­ lemente (8) vorgesehen ist, das jede der beiden Hälften des Leitschaufelrings (5) am Leitschaufelträger (1) festhält.

2. Leitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Halteelement (7) ein Schaufelhaltestift dient, der im Bereich des Leitschaufelfußes (6) von der Seite aus, vorzugsweise in axialer Richtung, über eine entsprechende Bohrung (12) in den Leitschaufelring (5) und in den Leitschaufelfuß (6) eindringt und beide Teile (5, 6) miteinander verbindet.

3. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als zweite Halteelemente (8) Ringhaltestifte dienen, von denen min­ destens einer ausgehend von einer Schnittfläche (9) des Leitschaufelrings (5) im Be­ reich der Trennfuge des Turbinengehäuses (4) über eine entsprechende Bohrung in den Leitschaufelring (5) und in den Leitschaufelträger (1) eindringt und beide Teile mit­ einander verbindet.

4. Leitvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der bei­ den Hälften (5a, 5b) des Leitschaufelrings (5) an jedem ihrer beiden Enden von minde­ stens je einem Ringhaltestift (8) durchdrungen wird und so beidseitig fixiert ist.

5. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (9), die den Leitschaufelring (5) in zwei Hälften (5a, 5b) teilt, schräg zur Trennfuge (4) des Turbinengehäuses, in der Mitte zwischen den Außenkonturen zweier benachbarter Profillöcher (10) verläuft.

6. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Trennfuge (4) liegenden freien Enden der bei­ den Hälften (5a, 5b) des Leitschaufelrings (5) an den Stoßkanten (14) abgeschrägt sind.

7. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (9), die den Leitschaufelring (5) in zwei Hälften (5a, 5b) teilt, parallel zur Trennfuge des Turbinengehäuses, zwischen zwei benachbar­ ten Profillöchern (10) verläuft.

8. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Profillöcher (10) mit Hilfe einer Drahterosion erstellt sind.

9. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Schaufelhaltestifte (7) dienenden Bohrun­ gen als Durchgangslöcher (12) ausgebildet sind, die den Schaufelhaltestiften (7) beid­ seitig des Leitschaufelfußes (6) einen Eingriff am Leitschaufelring (5) ermöglichen.

10. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Ringhaltestifte (8) dienenden Bohrungen als Sacklöcher (11) ausgebildet sind.

11. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Profillöcher (10) auf die Länge des Leitschaufelfüße (6) so abgestimmt ist, daß diese mit ihrem freien Ende nicht ganz das Ende der Profillö­ cher (10) erreichen.

12. Verfahren zur Herstellung einer Leitvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche mit Positionierungselementen (5a, 5b), die zur Positionierung und Befestigung von Leitschaufeln (2) an einem Leitschaufelträger (1a, 1b) vorgesehen sind und eine bestimmte Einbaulage der Leitschaufeln (2) gewährleisten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zunächst ein Profilring zu einem Leitschaufelring (5) fertiggedreht wird und dann durch Drahterodieren Profillöcher (10) in den Leitschaufelring (5) eingebracht werden, in die je eine Leitschaufel (2) mit ihrem Leitschaufelfuß (6) eingesteckt wird, und daß anschließend durch Bohren von Durchgangslöchern (12) und das Einsetzen von Schaufelhaltestiften (7) die Leitschaufeln (2) mit dem Leitschaufelring (5) verbun­ den werden und daß schließlich, durch Trennen des Leitschaufelrings (5) in zwei Hälf­ ten (5a, 5b), eine Trennfuge gebildet wird.