DE2530049A1 - Verriegelung fuer eine beschaufelung - Google Patents

Verriegelung fuer eine beschaufelung

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    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326Locking of axial insertion type blades by other means
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/50Vibration damping features

Description

Patent an walte
Dipl. Ing. H. Hauck
Dipl. Phys. W. Schmitz
Dipl. Ing. E- Graalfs
Dipl. Ing. W. Wehnert
Dipl. Phys. VV. Carstens
8 München 2 Carrier Corporation Mozartstr. 23
Carrier Tower
P. O. Box ICX)O München, 4. Juli 1975
Syracuse,N.Y.I3201,USA Aktenzeichen M-3579
Verriegelung für eine Beschaufelung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verriegelung zur Halterung einer Schaufelreihe an einem laufrad und insbesondere auf eine Verriegelung, durch die eine Axialverschiebung von im G-leitsitz an einem Laufrad befestigten Schaufelblättern verhindert wird.
Bei zahlreichen Rotationsmaschinen werden die umlaufenden Schaufeln dadurch an einer Tragscheibe abgestützt, daß die Wurzeln der Schaufelblätter in entsprechende Nuten der Scheibe eingesetzt werden. Um derartige, seitlich einschiebbare Schaufelblätter im zusammengebauten Zustand gegen Axialbewegungen zu sichern, ist es bekannt, die Schaufeln entweder an ihren Wurzeln mit der Tragscheibe zu verdübeln oder mit dieser zu verstemmen. Diese Arbeitsvorgänge erfordern jedoch ein hohes Maß an Handarbeit und sind somit zeitraubend und kostspielig. Nach dem Einbau des Schaufelblatts ist dieses außerdem äußerst schwierig zu entfernen, wenn es ausgetauscht oder repariert werden muß. Schließlich sind die
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Dämpfungseigenschaf ten dieser bekannten Beschaufelungen im allgemeinen schlecht und ein Auswuchten nach dem Zusammenbau ist sehr schwierig.
Erfindungsgemäß soll eine Verriegelung für eine seitlich einschiebbare Beschaufelung an einer Tragscherbe geschaffen werden, die einen einfachen Ausbau und ein Auswechseln der Schaufeln ermöglicht.
Zu diesem Zweck schafft die Erfindung die in den Ansprüchen "beschriebene Verriegelung und Beschaufelung.
Erfindungsgemäß enthält die Beschaufelung eine umlaufende Tragscheibe mit mehreren Axialnuten, in die eine SchaufelreifeJa mit entsprechend geformten Wurzeln im Gleit sitz einschiebbar ist, und jede Schaufel ist mit einer erweiterten Grundplatte versehen, die die Tragscheibe am Außenumfang übergreift, wobei die Seitenwände jeder Grundplatte in unmittelbarer Nähe neben der Seitenwand einer benachbarten Schaufelgrundplatte angeordnet sind, und ein Sicherungsstift ist in einer Bohrung im Außenumfang der Tragscheibe zwischen benachbarten Seitenwänden der Schaufelgrundplatten locker angeordnet und enthält eine schulterförmige Ausnehmung, die unterhalb einer der benachbarten Grundplatten verläuft und ein Herausfallen des Sicherungsstiftes aus der Bohrung verhindert, so-
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wie eine Verlängerung, die sich nach oben in eine Öffnung in der anderen Grundplatte erstreckt und verhindert, daß sich die zugeordnete Schaufel in Axialrichtung aus der Nut der Tragscherbe herausbewegt. Hierdurch wird eine verbesserte Verriegelung seitlich einschiebbarer Schaufelblätter an einer Tragscheibe erreicht und die seitlich einschiebbare Schaufel in einfacher Weise gegen eine Axialbewegung bezüglich der Tragscheibe gesichert. Außerdem werden die Dämpf ungseigenschaften von Laufradbeschaufelungen mit seitlich einschiebbaren Schaufelblättern beträchtlich verbessert.
Insgesamt schafft die Erfindung eine Verriegelung zur spielfreien Halterung von seitlich einschiebbaren Schaufelblättern an einer Tragscheibe mit einem Sicherungsstift, der locker in einer Nase der Scheibe angeordnet ist und eine schulterförmige Aussparung, die an eine Grundplatte einer ersten Schaufel anlegbar ist, sowie eine Verlängerung aufweist, die in einen entsprechenden Schlitz in der Grundplatte der unmittelbar benachbarten Schaufel einführbar ist. Eine Stellvorrichtung dient zum Anziehen des Stiftes gegen die Schaufeln unter Vorspannung, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Systems verbessert werden und ein leichtes Auswuchten der Beschaufelung möglich ist.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
Pig, 1 eine teilweise Aufsicht eines Schaufelrads mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verriegelung;
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 der Pig. 1;
Pig. 3 eine vergrößerte Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Verriegelung; und
Pig. 4 eine vergrößerte Ansicht einer Verriegelung für das in das Schaufelrad gemäß Pig. 1 zuletzt eingesetzte Schaufelblatt.
Pig. 2 zeigt ein Schaufelrad 10 mit einer umlaufenden Tragscheibe 11 und einer Reihe von daran befestigten, radial gerichteten Schaufeln 12. Das Schaufelrad 10 ist im wesentlichen für Turbomaschinen verwendbar, jedoch ist die nachfolgend beschriebene Verriegelung in gleicher Weise auch für andere Anwendungsfälle geeignet.
Jedes Schaufelblatt 12 in der Schaufelreihe hat eine im Quer-
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schnitt im wesentlichen dreieckige Wurzel 15 mit mehreren nach außen überstehenden Ansätzen 16, wodurch ein im allgemeinen als "Tannenbaum" bezeichneter Formschluß erreicht wird. Die Tragscheibe 11 ist mit einer Reihe von Nuten versehen, die formgleich zu der Tannenbaumform der Schaufelwurzeln ausgebildet sind und in die die Schaufeln jeweils im Gleitsitz einschiebbar sind· Beim Zusammenbau werden die Schaufelwurzeln gleitend in die Scheibennuten eingeführt und in Axialrichtung in die Betriebsstellung gemäß Pig. 1 verschoben. Diese Art der Befestigung wird im allgemeinen und auch nachfolgend als "seitlich einschiebbare Beschaufelung" bezeichnet.
Die einzelnen Schaufeln bestehen aus der oben erwähnten Wurzel 15, einer in Längsrichtung erweiterten Grundplatte 18, die im wesentlichen auf dem Außenumfang der Scheibe aufliegt, und einem radial verlaufenden Luftflügel 20. Wie Fig. 1 am deutlichsten zeigt, sind die axial verlaufenden Seitenwände 21, 22 jeder Schaufelgrundplatte derart ausgerichtet, daß sie die Scheibe 11 im wesentlichen parallel zu deren Achse übergreifen. Beim Zusammenbau kommt die eine Seitenwand einer Schaufel in der Schaufelreihe neben der Seitenwand der unmittelbar benachbarten Schaufel zu liegen. Die eine Seitenwand 21 jeder Grundplatte bildet eine kontinuierliche, undurchbrochene ebene Radialfläche, während die andere Seitenwand 22 einen mittig angeordneten öffnungsschlitz 23 enthält.
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Bei dem gezeigten Ausfiüirungsbeispiel ist der Schlitz 23 kreisbogenfö'rmig ausgebildet, jedoch, kann er eine irgend erwünschte Form haben.
Im zusammengebauten Zustand liegen die benachbarten Seitenwände 21,-22 von nebeneinanderliegenden Schaufelgrundplatten
den/ 18 über der hochstehenden Scheibennase 27, die sich zwischen die seitlich einschiebbaren Schaufeln aufnehmenden Nuten in der Scheibe befindet. In jeder Nase 27 ist eine radial verlaufende Bohrung 30 ausgebildet, die derart angeordnet ist, daß sie in Axialrichtung mit dem kreisbogenförmigen Schlitz 23 in derdarüberliegenden Grundplatte 18 fluchtet, wenn die Schaufeln 12 in der Betriebsstellung auf der Scheibe 11 angeordnet sind. Die Schaufeln 12 werden derart zusammengebaut, daß die durchgehende, ebene Seitenwand 21 der einen Schaufelgrundplatte 18 der geschlitzten Seitenwand 22 der unmittelbar nachfolgenden Schaufelgrundplatte zugekehrt ist. Infolgedessen überdeckt die Grundplatte der ersten Schaufel zweier benachbarter Schaufeln teilweise die Radialbohrung 30 der Scheibennase 27, während der Schlitz 23 in der Grundplatte 18 der zweiten Schaufel 12 mit der Badialbohrung 30 derart zusammenwirkt, daß ein durch die Grundplatte 18 in die Nase 27 verlaufender Kanal entsteht.
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In jeder Radialbohrung 30 "befindet sich ein Sicherungsstift. Der in Fig. 3 gezeigte Sicherungsstift 35 ist mit einer schulterförmigen Aussparung 36 versehen, die unter der Unterseite einer benachbarten, mit einer durchgehenden Seitenwand 21 versehenen Grundplatte 18 liegt. Der. Sicherungsstift enthält ferner eine Verlängerung 37, die nach außen über die Radialbohrung 30 vorsteht und in den Schlitz 23 der benachbarten Schaufelgrundplatte 18 verläuft. Zwischen der Verlängerung 37 und dem Schlitz 23 ist ein enger Gleitsitz vorhanden, durch den die Axialbewegung der Schaufel im Laufrad 11 begrenzt wird um zu verhindern, daß sich die Schaufel aus ihrer Betriebslage verschiebt. Die Axiallänge des Stiftes ist derart bemessen, daß das Ende der Verlängerung 37 im wesentlichen parallel zur Oberseite der Grundplatte 18 liegt.
Bei der in Figo 3 gezeigten Anordnung wird durch die eine zweier benachbarter Grundplatten verhindert, daß sich der Sperrstift in Radialrichtung aus der Bohrung 30 der Nase herausbewegt, während die Verlängerung 37 des Stiftes 35 nach oben in die andere Schaufelgrundplatte eingreift und diese Schaufel gegen eine Axialverschiebung im Schaufelrad sichert. Jede Schaufel in der Schaufelreihe haltertsomit einen der Sperrstifte 35 in der in die Radialbohrung 30 eingesetzten Lage und wirkt formschlüssig in engem Gleitsitz
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mit der Verlängerung 37 des unmittelbar nachfolgenden Sperrstiftes 35 zusammen. Wenn daher sämtliche Schaufeln in Umfangsrichtung auf der Scheibe 11 angeordnet sind, wird jede Schaufel durch einen der Sperrstifte an der Scheibe 11 gesichert·
Um den Zusammenbau zwischen der als erste und der als letzte in die Scheibe 11 eingesetzten Schaufel, deren Grundplatten 18 im eingebauten Zustand nebeneinanderliegen, zu erleichtern, ist der in Fig· 4 gezeigte, kurze Sperrstift 40 vorgesehen. Der kurze Sperrstift 40 ist ähnlich ausgebildet wie der längere Sperrstift 35, jedoch an seinem unteren Ende soweit gekürzt, daß die Yerlängerung des Stiftes in die Radialbohrung 30 der Nase 27 einfahrbar ist, so daß die Schaufelgrundplatte darübergeschoben werden kann. Die zurückgezogene Stellung des kurzen Sperrstiftes 40 ist in Pig. 4 in gestrichelten Linien gezeigte Eine den Stift axial durchsetzende G-ewindebohrung dient zur Aufnahme einer Einstellschraube 41, deren Länge gleich der oder geringfügig kleiner als die Axiallänge des Sperrstiftes ist.
Der erste Schritt beim Einbau der Schaufeln an der Tragscheibe besteht darin, daß ein kurzer Sperrstift einschließlich einer Einstellschraube in eine erste Radialbohrung 30 einer Scheibennase 27 eingesetzt wird, wobei sich der Stift in der zurückgezogenen Lage befindet. Dann wird die erste Schaufel
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der Schaufelreihe in die Betriebsstellung eingeschoben, wobei die undurchbrochene Seitenwand 21 der Grundplatte 18 über den zurückgezogenen Sperrstift zu liegen kommt. Anschließend wird ein erster längerer Sperrstift 35 in die Radialbohrung 30 eingeführt, wobei die Verlängerung 37 des Stiftes 35 in den Schlitz 23 an der gegenüberliegenden Seitenwand 22 der ersten Schaufelgrundplatte 18 eingesetzt wird. Dann wird die Wurzel 15 der in der Schaufelreihe unmittelbar nachfolgenden Sohaufel 12 gleitend in die Tragscheibe 11 eingesetzt, wobei die Grundplatte 18 dieser zweiten Schaufel 12 mit ihrem undurchbrochenen Abschnitt über die Schulter 36 des ersten längeren Sperrstiftes 35 zu liegen kommt, wodurch der Sperrstift in seiner Stellung gesichert wird. Diese Arbeitsvorgänge werden wiederholt, bis die letzte Schaufel auf der Tragscheibe montiert ist. Daraufhin wird der kurze Sperrstift durch Drehen der Einstellschraube 41 nach oben geschraubt, bis seine Verlängerung im Schlitz 23 der zuletzt eingebauten Schaufelgrundplatte 18 liegt, woraufhin der Zusammenbau beendet ist. Nunmehr wird die Einstellschraube 41 im kurzen Sperrstift 40 vorzugsweise angestaucht, um ein Lockern oder Herausfallen unter dem Einfluß von Vibrationen zu verhindern.
In der beschriebenen Anordnung ist jede Schaufel 12 in der Schaufelreihe am Laufrad 11 verhältnismäßig lose befestigt, so daß die Schwingungsdämpfungseigenschaften des Systems ge-
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genüber Anordnungen verbessert sind, die eine sicherere oder festere Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen erfordern. Die Dämpfungseigenschaften des Systems lassen sich dadurch weiter verbessern, daß jeder Sperrstift mit einer axial durchgehenden Einstellschraube versehen ist, wie dies anhand des kürzeren Sperrstiftes 40 beschrieben wurde. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 gezeigt, wo sowohl der kürzere Sperrstift 40 als auch die längeren Sperrstifte 51 eine Einstellschraube aufweisen, die am Boden der Radialbohrungen 30 der Laufradnasen 27 aufsitzt. In dieser Ausführungsform werden die einzelnen Sperrstifte durch die Einstellschrauben nach oben gehoben, so daß die schulterförmigen Aussparungen 36 der Sperrstifte an die Unterseite der darüberliegenden Schaufelgrundplatten anschlagen. Die von den Sperrstiften auf die Schaufel jeweils ausgeübte Belastung läßt sich zwecks Feinabstimmung der Schaufeln einstellen, um Resonanzerscheinungen zu vermeiden, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Systems weiter verbessert werden.
Die Anlage jedes Stiftes unter Vorspannung an jeweils einer Schaufel in der Schaufelreihe hat den weiteren Vorteil, daß sich die Anordnung in verhältnismäßig einfacher Weise auswuchten läßt. Die locker eingesetzten Schaufeln können nämlich unter der Wirkung der Sperrstifte durch Verstellen der Lage
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des Sperrstiftes mittels der Einstellschraube geringfügig in ihrer Stellung korrigiert werden. Durch Verwendung der mit Einstellschrauben versehenen Stifte läßt sich somit ein Ungleichgewicht beheben oder ausgleichen.
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Claims (4)

  1. Dipl. Ing. H. H^uck Dipl. P! ys. VV. Schmitz - 12 - Dipl. Ing. E- Graalfs
    Dipl. Ing. VV. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens
    . 8 München 1J.
    Carrier Corporatxon Mozartstr. 23
    Carrier Tower
    P. 0. Box ICX)O München, 4. Juli 1975
    Syracuse, Ν.Y. 13201,USA Anwaltsakte M-3579
    Patentansprüche
    .1. !Verriegelung zur bewegungsfreien Halterung von seitlich, einschiebbaren Schaufeln an einer !Dragscheibe, mit einem Sperrstift, der im Gieitsitz in am Umfang der Tragscheibe zwischen die Blattwurzeln der seitlich einschiebbaren Schaufeln gleitend aufnehmenden Nuten in der Tragscheibe ausgebildeten Radialbohrungen einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrstift (35; 40; 51) eine schulterfönnige, an der Unterseite einer Schaufelgrundplatte (18) einer beim Zusammenbau ersten Schaufel (12) liegende Aussparung (36) zur Verhinderung eines radialen Herausgleitens des Sperrstiftes aus der Radialbohrung (30) sowie eine radial nach außen über die itadialbohrung vorstehende, mit der Schaufelgrundplatte der beim Zusammenbau unmittelbar nachfolgenden Schaufel zusammenwirkende Verlängerung (37) zur Verhinderung einer Verschiebung dieser Schaufel in Sichtung der Schaufeleinschubbewegung in die Tragscheibe (11) aufweist.
  2. 2. Verriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (37) des Sperrstiftes (35; 40; 51) einen
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    bogenförmigen Querschnitt aufweist und engsitzend mit einem entsprechenden Schlitz (23) in der Grundplatte (18) der unmittelbar folgenden Schaufel (12) zusammenwirkt.
  3. 3· Verriegelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrstift (40; 51) eine axiale Gewindebohrung und eine mit dieser verschraubte Einstellschraube (41) aufweist, die zwecks Einstellung der Axiallage des Sperrstiftes (40; 51) in der Radialbohrung (30) auf das untere Ende der Radialbohrung aufsetzbar ist.
  4. 4. Laufradbeschaufelung, bei der die einzelnen Schaufeln jeweils an ihrer Wurzel in einer Axialnut des Laufrads gleitend eingeführt und mit einer den Außenumfang des Laufrads überdeckenden Schaufelgrundplatte versehen sind, wobei die Seitenwände jeder Grundplatte mit geringem Abstand zu den korrespondierenden Seitenwänden der unmittelbar benachbarten Schaufelgrundplatte verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Nuten im Laufrad (11) unterhalb der Grundplatten (18) zweier benachbarter Schaufeln (12) eine Radialbohrung (30) ausgebildet und in jeder Radialbohrung im Gleitsitz ein Sperrstift (35; 40; 51) mit einer unterhalb der Grundplatte einer der beiden benachbarten Schaufeln liegenden Schulter (36) und einer über das Laufrad nach außen vorstehenden Verlängerung (37) angeordnet ist, welche sichernd mit einem
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    Schlitz (23) in der Grundplatte (18) der jeweils anderen Schaufel (12) zwecks Verhinderung einer Axialbewegung dieser Schaufel in der die Schaufelwurzel (15) aufnehmenden Laufradnut zusammenwirkt.
    5. Beschaufelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zwischen der beim Zusammenbau ersten und letzten Schaufel (12) angeordneten Sicherungsstiftes (40) derart bemessen istt daß seine Verlängerung (37) in der auf dem Boden der Badialbohrung (30) aufsitzenden Lage des Sicherungsstiftes bis unter den Außenumfang des Laufrads (11) zurückgezogen ist und die benachbarten Grundplatten (18) der beim Zusammenbau ersten und letzten Schaufel gleitend über den zurückgezogenen Sicherungsstift auf das Laufrad aufsehiebbar sind, und daß der Sicherungsstift eine Feststellschraube (41) aufweist, durch die der zurückgezogene Sicherungsstift nach dem Einbau der Schaufeln in der Radialbohrung (30) anhebbar und seine Schulter (36) in Anlage an die Grundplatte der als erste eingebauten Schaufel sowie seine Verlängerung (37) in den Schlitz (23) der Grundplatte der als letzte eingebauten Schaufel verstellbar ist.
    Beschaufelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sicherungsstift (40) anhebende Feststellschraube eine damit verschraubte, mit dem Boden der Radialbohrung
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    - 15 (30) zusammenwirkende Durchgangsschraube (41) ist.
    7. Beschaufelung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sicherungsstift (40; 51) eine den Sicherungsstift in der Radialbohrung anhebende Einstellschraube (41.) zur Anlage der Schulter (36) jedes Sicherungsstiftes an jeweils einer Schaufel (12) im zusammengebaut en Zustand unter Vorspannung aufweist.
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