DE19547653C2 - 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 Leitschaufelträ­ ger, der in ein Turbinengehäuse, vorzugsweise das Gehäuse einer Dampfturbine, ein­ gebaut und mit Leitschaufeln bestückt ist, entsprechend dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leitvorrichtung entspre­ chend dem Anspruch 12.

Eine derartige Leitvorrichtung für eine Turbine ist aus der DE-AS 14 26 885 bekannt.

Um das Antriebsmedium einer Turbine, z. B. den Dampf bei einer Dampfturbine, im richtigen Winkel auf die Laufschaufeln zu leiten, verwendet man eine Leitvorrichtung mit Leitschaufeln, die im sog. Leitschaufelträger fixiert und mit diesem im Turbinenge­ häuse montiert sind. Eine exakt ausgerichtete Einbaulage der Leitschaufeln muß da­ bei unbedingt gewährleistet sein. Bisher verwendet man als Positionierungselemente, die eine solche exakte Positionierung der einzelnen Leitschaufeln zueinander ermögli­ chen, sog. Zwischenstücke (siehe hierzu Fig. 5). Deren Herstellung ist jedoch außer­ ordentlich aufwendig, da zunächst zwei massive Stahlringe durch Drehen auf die ent­ sprechenden Abmessungen zu bringen sind und dann so zerschnitten werden müs­ sen, daß eine Vielzahl einzelner Zwischenstückrohlinge entsteht. Wegen der Schnitt­ verluste werden zwei Stahlringe für die Zwischenstücke einer Leitreihe benötigt. Die Zwischenstückrohlinge sind nun einer sorgfältigen Bearbeitung ihrer Bauch- und Rüc­ kenseite zu unterwerfen, um ihnen eine Form zu geben, durch die zwei aufeinander­ folgende Zwischenstücke einen Freiraum bilden, der sich zur Aufnahme des zur Leit­ schaufel gehörigen Leitschaufelfußes eignet und außerdem durch eine spezielle Hal­ tenut auch dessen Fixierung am Leitschaufelträger 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 eine 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 wer­ den, 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 Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteran­ sprüchen genannt.

Dadurch, daß als Positionierungselemente die beiden Leitschaufelringhälften eines im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses geteilten Leitschaufelringes dienen, in dem radial verlaufende profilierte Löcher ausgebildet sind, die zum Einstecken des zu jeder Leitschaufel gehörigen Leitschaufelfußes dienen, wird der Grundaufbau der Leit­ vorrichtung ganz entscheidend vereinfacht. In Verbindung mit vorzugsweise entfernba­ ren Schaufelhaltestiften, die jeweils den Leitschaufelfuß am Leitschaufelring fixieren und Haltestiften, die jede der beiden Leitschaufelringhälften am Leitschaufelträger festhalten, gelingt eine sichere und zuverlässige Befestigung der Leitschaufeln im Turbinengehäuse, die ggf. auch besonders servicefreundlich ist, wenn entfernbare Schaufelhaltestifte eingesetzt werden und diese einen Austausch defekter Leitschau­ feln ermöglichen.

Eine besonders vorteilhafte Befestigung der Leitschaufeln am Leitschaufelring im Hin­ blick auf eine Austauschbarkeit wird dadurch erreicht, daß mindestens ein Schaufel­ haltestift im Bereich des Leitschaufelfußes von der Seite aus in axialer Richtung über eine Bohrung in den Leitschaufelring und in den Leitschaufelfuß eindringt und beide Teile miteinander verbindet. Im Servicefall kann der Schaufelhaltestift seitlich heraus­ gezogen oder herausgeschlagen werden und gibt damit die Leitschaufeln zum Aus­ tausch frei.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß als Haltestifte mit Gewinde versehene Haltestifte dienen, von denen mindestens einer ausgehend von einer Schnittfläche des Leitschaufelrings im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses über eine Bohrung in den Leitschaufelring und in den Leit­ schaufelträger eindringt und beide Teile miteinander verbindet. Auch diese Befesti­ gung bietet im Servicefall eine gegenüber üblichen Schweißverbindungen wesentlich erleichterte Austauschmöglichkeit, so daß ggf. der komplette Leitschaufelring oder eine der beiden Leitschaufelringhälften ausgetauscht werden kann. Es ist zweck­ mäßig, wenn jede der beiden Leitschaufelringhälften an jedem ihrer beiden Enden von je einem Haltestift 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 ver­ meiden sorgt man in diesem Fall dafür, daß die Schnittfläche, die den Leitschaufelring in zwei Hälften teilt, schräg zur Trennfuge des Turbinengehäuses, in der Mitte zwi­ schen den Außenkonturen zweier benachbarter profilierter Löcher verläuft. Ein Verha­ ken der Stoßkanten beim Zusammenfügen der beiden Leitschaufelringhälften läßt sich dadurch vermeiden, daß die im Bereich der Trennfuge liegenden freien Enden der aufeinandertreffenden Hälften abgeschrägt sind.

Sind die Leitschaufeln in einem ausreichenden Abstand zueinander angeordnet, so genügt es, wenn die Schnittfläche, die den Leitschaufelring in zwei Hälften teilt, paral­ lel zur Trennfuge des Turbinengehäuses, zwischen zwei benachbarten profilierten Lö­ chern verläuft. Die profilierten Löcher selbst lassen sich in vorteilhafter Weise mit Hilfe einer Drahterosion (Funkenerosion mit Draht) erstellen.

Das Einsetzen, aber vor allem auch ein im Servicefall erforderliches Herausschlagen der Schaufelhaltestifte wird dadurch erleichtert, daß die zur Aufnahme der Schaufel­ haltestifte dienenden Bohrungen als Durchgangslöcher ausgebildet sind, die den Schaufelhaltestiften beidseitig des Leitschaufelfußes einen Eingriff am Leitschaufelring ermöglichen. Demgegenüber sind die zur Aufnahme der Haltestifte dienenden Boh­ rungen als Sacklöcher ausgebildet.

Wesentlich für einen vereinfachten Fertigungsablauf ist, daß die Tiefe der profilierten Löcher auf die Länge der Leitschaufelfüße so abgestimmt ist, daß diese mit ihrem frei­ en Ende nicht das Ende der profilierten Löcher erreichen. Hierdurch entfällt eine Nachbearbeitung der äußeren Mantelfläche des Leitschaufelrings, die bei überstehen­ den Leitschaufelfüßen vor der Befestigung des Leitschaufelrings am Leitschaufelträ­ ger 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 profilierte Löcher in den Leitschaufelring eingebracht werden, in die je eine Leit­ schaufel mit ihrem Leitschaufelfuß eingesteckt wird. Anschließend werden durch Boh­ ren von Durchgangslöchern und das Einsetzen von Schaufelhaltestiften die Leit­ schaufeln mit dem Leitschaufelring verbunden und schließlich wird durch Trennen des Leitschaufelrings in zwei Leitschaufelringhälften 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 Leitschaufelrings 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 zwei Leitschaufelträgerhälften 1a, 1b, Leit­ schaufelträgeroberteil und Leitschaufelträgerunterteil, die durch eine Trennfuge 4 voneinander getrennt sind. In einer mit entsprechenden Abmessungen versehenen Ringnut des Leitschaufelträgers 1 ist paßgenau ein Leitschaufelring 5 mit seinen bei­ den Leitschaufelringhälften 5a und 5b eingefügt. An den beiden Leitschaufelringhälf­ ten 5a, 5b des Leitschaufelrings 5, die als Positionierungselemente für Leitschaufeln 2 dienen, sind diese mit ihrem Leitschaufelfuß 6 befestigt und in ihrer Lage exakt ausge­ richtet. Hierzu ist der Leitschaufelring 5 mit profilierten Löchern 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 Schaufelhaltestift kann somit bei Bedarf zum Austausch einer Leitschaufel 2 wieder herausgeschlagen oder ausgebohrt werden. Die beiden zur Trennfuge 4 hin liegenden freien Enden des Leitschaufelrings 5 sind ausgehend von dieser Trennfuge 4, schräg zu ihr verlaufend, mit je einem Sackloch 11 versehen, in das ein Haltestift 8 einge­ schraubt 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 Mantelflächen von zwei benachbarten Leitschaufeln 2 ohne eine dieser Mantelflä­ chen zu berühren. Bei ausreichendem Abstand zwischen benachbarten Leitschaufeln 2 könnte die Schnittfläche 9 aber auch mit der Trennfuge 4 fluchten. Die schrägen Schnittflächen 9 führen an den freien Enden der beiden Leitschaufelringhälften 5a, 5b zu Stoßkanten, die sich beim Zusammenfügen von Ober- und Unterteil verhaken könnten und die deshalb abgeschrägt sind. Die Leitschaufeln 2 besitzen an ihren frei­ en 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 ei­ ner mehrseitigen intensiven Bearbeitung. Die Bauchseite 18 einerseits und die Rüc­ kenseite 19 andererseits müssen so geformt werden, daß sie bei zwei benachbarten Zwischenstücken 15 eine Profilaussparung 17 bilden, die sich zur Aufnahme eines Leitschaufelfußes 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 profilierte Löcher ausgeschnitten, in denen jeweils ein Leitschaufelfuß verankert werden kann. Hierzu werden die eingesteckten Leitschaufeln 2 zusammen mit dem Leitschaufelring mit je­ weils einem Durchgangsloch 12 versehen, in das dann ein Schaufelhaltestift 7 einge­ steckt wird. Nun kann das Trennen des Leitschaufelrings 5 in seine beiden Leit­ schaufelringhälften 5a, 5b erfolgen.

Claims (12)

1. Leitvorrichtung für eine Turbine mit zwei Leitschaufelträgerhälften (1a, 1b), die in ein Turbinengehäuse, vorzugsweise das Gehäuse einer Dampfturbine, einge­ baut und mit Leitschaufeln (2) bestückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Posi­ tionierung und Befestigung der Leitschaufeln (2) am Leitschaufelträger (1) und zur Gewährleistung einer festgelegten Einbaulage der Leitschaufeln (2) die beiden Leit­ schaufelringhälften (5a, 5b) eines im Bereich der Trennfuge des Turbinengehäuses geteilten Leitschaufelringes (5) dienen, in dem radial verlaufende profilierte Löcher ausgebildet sind, die zum Einstecken des zu jeder Leitschaufel (2) gehörigen Leit­ schaufelfußes (6) dienen, wobei die profilierten Löcher auf das Profil der Leitschaufel­ füße (6) so abgestimmt sind, daß ein exakter Paßsitz gewährleistet ist, daß minde­ stens ein Schaufelhaltestift (7) vorgesehen ist, der vorzugsweise lösbar ist und jeweils den Leitschaufelfuß (6) am Leitschaufelring (5) fixiert, und daß mindestens ein Halte­ stift (8) vorgesehen ist, der jede der beiden Leitschaufelringhälften (5a, 5b) am Leit­ schaufelträger (1) festhält.

2. Leitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelhaltestift (7) im Bereich des Leitschaufelfußes (6) von der Seite aus, vor­ zugsweise in axialer Richtung, über eine Bohrung 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 mindestens ein Haltestift (8) ausgehend von einer Schnittfläche (9) des Leitschaufelrings (5) im Bereich der Trennfuge (4) des Turbinengehäuses über eine Bohrung in den Leitschaufelring (5) und in den Leitschaufelträger (1) eindringt und beide Teile (5, 6) miteinander verbindet.

4. Leitvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Leitschaufelringhälften (5a, 5b) an jedem ihrer beiden Enden von mindestens je einem Haltestift (8) beidseitig fixiert ist.

5. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (9) der Leitschaufelringhälften (5a, 5b) schräg zur Trennfuge (4) des Turbinengehäuses, in der Mitte zwischen den Außen­ konturen zweier benachbarter profilierten Löcher verläuft.

6. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Trennfuge (4) liegenden freien Enden der Leitschaufelringhälften (5a, 5b) an den Stoßkanten abgeschrägt sind.

7. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 und 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnittfläche (9) der Leitschaufelringhälften (5a, 5b) parallel zur Trennfuge des Turbinengehäuses, zwischen zwei benachbarten profilier­ ten Löchern verläuft.

8. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die profilierten Löcher mit Hilfe einer Drahterosion erstellt sind.

9. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Schaufelhaltestifte (7) dienenden Bohrungen als Durchgangslöcher (12) ausgebildet sind, die den Schaufelhaltestiften (7) beidseitig des Leitschaufelfußes (6) einen Eingriff am Leitschaufelring (5) ermögli­ chen.

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

11. Leitvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Tiefe der profilierten Löcher auf die Länge der Leit­ schaufelfüße (6) so abgestimmt ist, daß diese mit ihrem freien Ende nicht ganz das Ende der profilierten Löcher erreichen.

12. Verfahren zur Herstellung einer Leitvorrichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Profilring zu einem Leitschaufelring (5) fertiggedreht wird und dann durch Drahterodieren profilierte Lö­ cher 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 Leit­ schaufeln (2) mit dem Leitschaufelring (5) verbunden werden und daß schließlich, durch Trennen des Leitschaufelrings (5) in zwei Leitschaufelringhälften (5a, 5b), eine Trennfuge gebildet wird.