DE2514050C2 - Verriegelung von am Rotorkörper von Turbomaschinen angebrachten Schaufeln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verriegelung von am Rotorkörper von Turbomaschinen angebrachten Schaufeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Verriegelung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US-PS 29 49 278.

Bei dieser Verriegelung sind die Schaufeln durch in Rechtecknuten eingesetzte Verriegelungselemente gegen Verschiebung in axialer oder schrägaxialer Richtung gesichert, wobei die Verriegelungselemente durch parallel zur Turbinenachse angeordnete Bolzen arretiert sind. Die Bolzen sind hier durch die auf die so Verriegelungselemente wirkende Fliehkraft ungünstig auf Scherung beansprucht und eine Gefahr des Herausfallens eines Bolzens und damit eines Verriegelungselementes ist nicht ausgeschlossen. Da zum Einschlagen von Bolzen, pro Schaufelreihe eine Stirnfläche am Rotorkörper erforderlich ist, ist die Ausführung für Trommelrotoren mehrstufiger Maschinen nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelung der eingangs genannten Art zu schaffen, &o bei welcher insbesondere bei Trommelrotoren die Möglichkeit des Ein- oder Ausbaus einer einzelnen Schaufel an beliebiger Stelle am Umfang oder in einer beliebigen Schaufelreihe besteht, wobei die Verriegelungselemente möglichst einfach und sicher sein sollen. ^M

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs I gelöst.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die Verriegelungselemente durch die mit dem Profil der Hammerkopf-Umfangsnute übereinstimmenden Tragleisten gegen die auf sie einwirkende Fliehkraft gehalten werden, und daß sich durch die besondere Profilierung des Verriegelungselementes sowie der Aussparungen an den Schaufeln jede beliebige Schaufel am Rotor separat auswechseln läßt

Wenn die Arretiervorrichtung aus einem radial zur Turbinenachse angeordneten federnden Element besteht, lassen sich einzelne Schaufeln oder die ganze Beschaufelung mit einem Spezialwerkzeug sehr schnell ein- oder ausbauen. Darüber hinaus wirkt wegen des besonderen Profils der Aussparung an den Schaufeln eine Komponente der Federkraft in Umfangsrichtung auf die Schaufel. Damit wird eine zusätzliche Fixierung von Schaufeln erreicht Da die federnden Elemente im Verriegelungselement integriert sind, wird die Oberfläche des Rotorkörpers zwischen den einzelnen Schaufeln lückenlos glatt und strömungstechnisch günstig.

Wenn die Arretiervorrichtung aus einem radial zur Turbinenachse angeordneten Gewindeteil besteht, kann die Verriegelung bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden, bei denen die Funktionsfähigkeit einer Feder fraglich wäre. Da die Arretierschrauben vorzugsweise von der Innenseite des Verriegelungselementes nach außta eingeschraubt sind, ist die Gefahr einer Schaufelbeschädigung durch eine eventuell abgefallene Schraube nicht vorhanden.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Rotorkörperteil mit Beschaufelung und asymmetrischen Verriegelungselementen in unverriegelter Stellung;

F i g. 1 a eine Draufsicht auf die Verriegelungselemente nach F i g. 1;

F i g. 2 einen Rotorkörpertsil gemäß F i g. 1 mit Verriegelungselementen in verrie^eUer Stellung;

F i g. 2a eine Draufsicht auf die Verriegelungselemente gemäß F i g. 2;

Fig.3 einen Querschnitt durch einen Rotorteil mit Beschaufelung und symmetrischen Verriegelungselementen in unverriegelter Stellung;

F i g. 4 einen Rotorkörperteil gemäß F i g. 3 mit fertig montierten Verriegelungselementen;

Fig.4a und 4b Montagephasen von symmetrischen Verriegelungselementen mit federnd ausgebildeten Arretierstücken;

F i g. 5, 5a und 5b einzelne Montagephasen von Verriegelungselementen gemäß F i g. 1.

Gemäß F i g. 1 ist mit 1 ein Rotorkörper einer Turbomaschine bezeichnet, in welchem Umfangsnuten 2 und Axialnuten 3, welche auch als schrägaxiale Nuten ausgebildet sein können, angeordnet sind. Schaufeln 4 sind mit ihren Schaufelfüßen 5 in die Axialnuten eingeschoben. Zwischen den Schaufelfüßen 5 von je zwei Schaufeln 4 sind in den Umfangsnuten 2 die mit einer Arretiervorrichtung 7 gebildeten Verriegelungselemente 14 eingesetzt. Die den zu verriegelnden Teilen, den Schaufeln 4, zugekehrten Flächen des Verriegelungselementes 14 sind mit Nasen 10 versehen, welche in entsprechende Aussparungen 11 der Schaufeln 4 einpassen. Die Verriegelungselemente 14 sowie die Aussparungen 11 an den Schaufeln 4 sind derart profiliert, daß sich bei einer Schrägstellung zweier benachbarter Verriegelungselemente 14 eine dazwi-

sehen stehende Schaufel ein- oder ausbauen läßt Die Umfangsnute 2 am Rotorkörper 1 ist als Hammerkopfnute ausgebildet Die darin einliegenden Verriegelungselemente 14 weisen eine mit dem Profil der Umfangsnute 2 übereinstimmende Tragleiste 19 auf. Die Arretiervorrichtung 7 besteht aus einem radial zur Turbinenachse angeordneten, im Verriegelungselement 14 integrierten federnden Element 16, 17. Die Nasen 10 des Verriegelungselementes 14 greifen im verriegelten Zustand (Fig.2, 2a) in die Aussparungen 11 der Schaufeln 4 ehi. Dabei wird zwischen den einzelnen Schaufeln eine vollkommen glatte Oberfläche gebildet, da die Umfangsnut 2 durch das Verriegelungselement 14 vollständig ausgefüllt wird.

Zur Entsicherung einer Schaufel 4 werden die beiden Verriegelungselemente 14. welche sich beidseitig der Schaufel 4 befinden, gekippt (wie in Fig.! dargestellt) und von der Schaufel 4 weg in tangentialer Richtung verschoben.

In der Fig. la ist in der Draufsicht in vergrößertem Maßstab das Verriegelungselement 14 deutlich erkennbar. In der Axialnut 3 sind die Schaufeln 4 eingeschoben und zwischen beiden Schaufeln 4 ist in der (nicht näher bezeichneten) Umfangsnut 2 das Verriegelungselement 14 so eingesetzt, daß es an der linken Schaufel 4 mit seiner linken Nase 10 in die Aussparung 11 eingeschoben ist. Wegen der unverriegeiten Stellung des Verriegelungselementes 14 ist die rechte Nase 10 des Verriegelungselementes 14 aus der Aussparung 11 der rechten Schaufel ausgerückt

In den Fig.3 und 4 sind zur Verriegelung der Schaufeln 4 symmetrische Verriegelungselemente 18 angeordnet worden, bei welchen die Arretiervorrichtung 7 aus einem radial zur Turbinenachse im Verriegelungselement 18 angeordneten Gewindeteil 12 mit innenliegendem Kopf besteht Wie aus der F i g. 3 ersichtlich, werden die symmetrischen Verriegelungselemente 18 in gleicher Weise wie in den F i g. 5,5a und 5b dargestellt in die Umfangsnuten 2 des Rotorkörpers 1 eingesetzt beiderseits einer Axialnute 3 ohne Schaufel gekippt und in dieser Stellung der Verriegelungselemente 18 wird die einzubauende Schaufel 4 mit ihrem Schaufelfuß 5 in die freie Axialnute 3 eingeschoben. Zur Sicherung werden die beiden Verriegelungselemente 18 so gekippt daß ihre Nabenpartien zur Nabenoberfläche des Rotors 1 parallel liegen, wobei ihre tangentialen Enden bereits in die Ausnehmung } 1 des Schaufelfußes eingreifen. Durch Eindrehen der Gewindeteile 12 in die Verriegelungselemente IS wirken diese als Abdrückschrauben und heben die Verriegelungselemente 18 radial nach außen an, bis zum satten Anliegen ihrer Tragleisten 19 an den Tragleisten 19 der Umfangsnuten 2. Gleichzeitig tauchen die als Nasen 10 wirkenden beidseitigen Enden der Verriegelungselemente 18 in die korrespondierenden Ausnehmungen 11 der Schaufelfuße 5 ein und die Umfangsnute 2 beidseits der eingebauten Schaufel 4 ist glatt, bündig und lückenlos ausgefüllt

Die F i g. 4a und 4b stellen analog zu den vorhergehenden F i g. 3 und 4 wiederum ein symmetrisches Verriegelungselement IS dar, jedoch ist diese mit einer federnden Arretiervorrichtung 19 versehen, welche aus der Bohrung 15, der Druckfeder 16 und dem Druckstück 17 besteht. Die Einbringung des Verriegelungselementes 18 in die Umfangsnut 2 geschieht analog zu der vorstehend für die F i g. 3 und 4 beschriebene Ausführungsform.

In den Fig.5, 5a und 5b werden die einzelnen

Montageschritte für ein Verriegelungselement 14 dargestellt wobei in der noch schaufellosen Axialnute 3 des Rotorkörpers 1 die letzte Schaufel 4 mit ihrem· Schaufelfuß 5 noch einzusetzen ist Ober der Kreuzungsstelle der Axialnut 3 mit der Umfangsnut 2 werden die Verriegelungselemente, beispielsweise die asymmetrischen Verriegelungselemente 14 eingesetzt und in der Umfangsnut 2 soweit von der Axialnute 3 weg verschoben, bis sie an den Schaufelfüßen 5 der bereits eingebauten Schaufeln 4 anstoßen. Dabei liegen sie auf ihren längeren Kathetenseiten und geben somit die Axialnut 3 zum Einsetzen der letzten Schaufel 4 frei. Nach dem Einsetzen derselben werden beide Verriegelungselemente 14 in ihre Betriebslage hochgedrückt, bis sie die Umfangsnut 2 ausfüllen und zwischen den Schaufeln 4 eine glatte Oberfläche bilden.

Die Bezugszahlen von F i g. 1 gelten für gleiche Teile auch in den anderen Figuren.

Die Montage, bzw. Demontage der Verriegelungselemente 14, 18 und Schaufeln 4 geht nach folgenden Schritten vor sich:

Nach dem radialen Absenken & « Schnittpunkt der umfangsnuten 2 und der Axialnuien S, rnd zwar soweit bis die Tragleisten 19 in radialer Richtung unterhalb der Tragleisten der als Hammerkopfnuten ausgebildeten Umfangsnuten 2 liegen, können die Verriegelungselemente 14, 18 tangential unter diese Tragleisten in ihre Endposition geschoben werden. Dabei wird das feststehende Element 16,17 zusammengedrückt

Wenn die Gewindeausnehmung 13 für das Gewindeteil 12 im Verriegelungselement 14 vorgesehen ist, wird das Gewindeteil 12 zuerst radial nach außen herausgeschraubt bis zum Anliegen seines Kopfes im dafür vorgesehenen Senkloch an der Unterseite des Verriegelungselementes 14, 18. Dabei dient der Kopf des Gewindeteils 12 zur Sicherung gegen eventuelles Verlieren im Betrieb und damit der Verursachung von Beschädigungen der Schaufel 4.

Die dünnere Partie des asymmetrischen Verriegelungselementes 14 kann nun nach innen in die Umfangsnute 2 eingedrückt werden, wobei das Verriegelungselement 14 um die Kante der Nase 10 und der Abachrägung an dessen Unterseite kippt. Dabei wird gewährleistet, daß die Tragleisten des Verriegelungselementes 14 so angeordnet sind, daß diese Kippbewegung nicht durch Klemmen behindert wird, sondern sich an allen Stellen von den tragenden Gegenflächen der Tragleisten 19 der Umfangsnuten 2 entfernen, mindestens jedoch nicht noch in diese hineindrücken. Falls unterhalb der Schaufelfußplatte als Folge genügend tiefer seitlicher Ausnehmungen ein sogenannter Schaufelhals vorgesehen ist kann nach dem radialen Absenken der dünneren Partie des asymmetrischen Verriegelungselementes 14 in den Bereich dieses Halses (lieh ·. >iargestellt) das Verriegelungselement 14 tangential in diese Ausnehmung verschoben werden, so daß seine Nase 10 am «.nderen Ende aus der entsprechenden Aussparung 11 der Schaufel 4 ausrückt. Nun kann die zu sichernde Schaufel 4 in ihrer Axialnut 3 ungehindert verschoben, also ein- oder ausgebaut werden.

Das Verriegelungselement 14,18 weist an seinem, der zu sichernden zugekehrten Enden je eine Nase 10 auf, welche in gesicherter Stellung in die Aussparung 11 am Schaufelfuß 5 eingeschoben ist. In dieset Stellung kann das Verriegelungselement 14, 18 mit wenigstens einer Arretiervorrichtunp 7 in die verriegelnde Stellung radial nach außen gedruckt werden, bis zum satten Anliegen des Verriegelungselementes an den Hinterstechungen

der Umfangsnuten 2. Nach dem Anheben des Verriegelungselementes 14, 18 sind die Zwischenräume der Umfangsnuten 2 zwischen den einzelnen Schaufeln 4 an der Oberfläche des Rotorkörpers 1 lückenlos ausgefüllt und im Betrieb unterstützt die Fliehkraft diese verriegelnde Stellung.

Zur Demontage kann das Verriegelungselement 14, 18, dessen radiale Dicke kleiner ist als die radiale Höhe der Umfangsnute 2, um diese Dickendifferenz aus seiner Betriebslage radial nach innen bis zum Aufliegen am Grund der Umfangsnute 2 abgesenkt werden, wonach das Verriegelungselement 14,18 selbst gegen tangentia-Ie Verschiebung nicht mehr behindert wird. Nun kann das Verriegelungselement genügend weit in tangentialer Richtung geschoben werden, bis die Nase 10 völlig aus der korrespondierenden Aussparung ti am Schaufelfuß 5 ausgerückt ist, so daß die entsicherte Schaufel 4 nun aus ihrer Axialnut 3 hinausgeschoben werden kann.

Faüs der .Schaufelfuß S nicht nusreichencl breit ausgeführt ist, kann er nur einseitig mit einer Aussparung 11 versehen werden, wobei auch das Verriegelungselement 14 in diesem Falle nur an einer Seite eine Nase 10 erhält, die in diese Aussparung 11 eintauchen kann.

Das Verriegelungselement 14 bzw. 18 wird in den Umfangsnuten 2 mittels Tragleisten gegen die auftretende Fliehkraft gehalten. Sowohl das asymmetrische Verriegelungselement 14, als auch das symmetrische 18 sind jeweils so lang, wie der tangential Abstand zwischen den Seitenflächen der Schaufelfüße 5 zweier benachbarter Shaufeln 4 ist, zuzüglich der tangentialen Sicherungsnasenlänge. Die radiale Stärke des asymmetrischen Verriegelungselements 14 reicht nur im Bereich der Aussparung 11 bis zum Grund der Umfangsnut 2. Von dieser Stelle aus ist die Unterseite des asymmetrischen Verriegelungselementes 14 so abgeschrägt, daß seine radiale Stärke bis auf wenige Millimeter, etwa der Stärke einer Fußplatte, ausläuft.

Das Verriegelungselement 14, 18 wird mittels der Arreiiervorrichtung 7 in gesicherter Position gehalten, wobei im Betrieb die Fliehkraft diese Stellung unterstützt. Vorteilhafterweise verlaufen sowohl die Resultierende aller Fliehkräfte des Verriegelungselementes 14, 18, als auch die Kräfte der Arretiervorrichtung 7 durch die Mitte der Verbindungslinie der Flächenschwerpunkte der tragenden Flächen ihrer Tragleisten.

Bei wenig beanspruchten Rotoren mit genügend kleinen Tangentialspannungen im Nabenbereich, oder in solchen Fällen, wo die axialen Schaufelfußnuten wesentlich tiefer sind als die Umfangsnuten für die Verriegelungselemente, kann die Arretiervorrichtung 7 auch an geeigneter Stelle in einem Senkloch im Grunde der Umfangsnute 2 gebracht werden. Dadurch ergibt

sich der Vorteil, daß diese Arreiiervorrichtung 7 nicht mehr gegen Drehen im Betrieb gesichert werden muß. da eine Verdrehung gegen die Richtung der Fliehkraft nicht zu erwarten ist.

Bei fehlendem Schaufelhals, wie in Fig. I und Fig. 2 dargestellt, kann die erforderliche Ausnehmung unterhalb der Nabenpartie im Schaufelfuß 5 angeordnet werden, welche eine Tangentialverschiebung des Verriegelungselementes 14 ermöglicht. Bei genügend breiten Schaufelfußplatten kann auch diese Seite des Verriegelungselementes 14 zur Sicherung herangezogen werden, indem es ebenfalls eine zusätzliche Nase erhält, deren Dicke jedoch so bemessen sein muß, daß eine einfache Montage oder Demontage ermöglicht wird, bzw. daß das Verriegelungselement 14 jeweils unter eine tangentiale Ausnehmung unter dem Schaufelfuß 5 einschiebbar sein muß.

In den F i g. 4,4a und 4b sind einzelne Montageschritte in einem beidseitig symmetrischen Verriegelungselement 18. welches entweder kippbar, oder aber radial nach innen parallel verschiebbar ausgeführt ist, dargestellt. Dabei kann die Arretiervorrichtung 7 ebenfalls als Gewindeausnehmung 13 mit Gewindeteil 12. oder als Bohrung 15 mit Druckfeder 16 und Druckstück 17 ausgebildet sein. Das Einlegen der symmetrischen Verriegelungselemente 18 erfolgt analog zu der Montage der vorbeschriebenen asymmetrischen Verriegelungselemente 14.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Verriegelungselementen ist es möglich, sowohl bei der Montage als auch bei der Demontage eines mit einer Beschaufelung versehenen Rotors jede beliebige Schaufel einzeln auszubauen, ohne bei einem Schlußstück besonders anfangen zu müssen und auch andere Schaufeln und Verriegelungselemente auszubauen. Weiterhin ermöglicht die einfache Montierbarkeit und Demontierbarkeit einzelner Schaufeln ein Austauschen von Schaufeln im fertig beschaufelten Rotor zum Zwecke der Nachwuchtung bei unterschiedlichen Massenmomenten, ohne daß jeweils eine ganze Reihe von Schaufeln aus dem Rotorkörper entfernt werden muß.

Die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verriegelungselemente eignen sich nicht nur für Trommelläufer von Turbinen, sondern in gleich guter Weise für Scheibenläufer von Kompressoren und anderen Strömungsmaschinen, wobei die Möglichkeit gegeben ist, nicht nur jede beliebige Schaufel einzeln aus- und einbauen zu können, sondern die erfindungsgemäßen Anordnungen eignen sich ganz besonders auch als Schlußstücke, die immer wieder verwendet werden können, wobei auch spezielle Öffnungen für Schlu Jstükke, sowie irgendwelche Schweißarbeiten am Rotor oder an diesen Schlußstöcken überflüssig werden.

Hierzu C Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verriegelung von am Rotorkörper von Turbomaschinen angebrachten Schaufeln, weiche in axialeu oder schrägaxialen Befestigungsnuten eingeschaufelt sind, wobei einteilige Verriegelungselemente (14,18) in Umfangsnuten (2) am Rotorkörper zwischen je zwei Füßen (5) der zu sichernden Schaufeln (4) eingesetzt sind und wobei die mit je einer Arretiervorrichtung (7) versehenen Verriege- to lungselemente (14,18) an den, den zu verriegelnden Schaufeln (4) zugekehrten Seiten in analoge Aussparungen (11) an den Schaufeln (4) einpassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungselemente (14, 18) sowie die Aussparungen i* (11) an den Schaufeln (4) derart profiliert sind, daß sich bei einer Schrägstellung zweier benachbarter Verriegelungselemente (14, 18) eine dazwischen stehende Schaufel (4) ein- oder ausbauen läßt, daß die Umfangsnute (2) am Rotorkörper (I) als Hammerkjpfnute ausgebildet ist und die darin einliegenden Verriegehingselemente (14, 18) eine mit dem Profil der Umfangsnute (2) übereinstimmende Tragleiste (19) aufweisen.

2. Verriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (7) aus einem radial zur Turbinenschse angeordneten, im Verriegelungselement (14, 18) integrierten federnden Element (16,17) besteht.

3. Verriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung (7) aus einem radi.·' zur Turbinenachse im Verriegelungselement (14,18) angeordneten Gewindeteil (12) mit innenliegendem Kopf besteht.

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