DE2854629A1

DE2854629A1 - Halteeinrichtung fuer turbinenrotorschaufeln

Info

Publication number: DE2854629A1
Application number: DE19782854629
Authority: DE
Inventors: Ronald Curtis Acres; Robert Deneen Gravitt; Robert Howard Roth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2854629C2; FR2413544B1; GB2011551A; IT1102344B; FR2413544A1; GB2011551B; IT7831050A0; US4221542A; JPS6256359B2; JPS54102605A

Description

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Halteeinrichtung für Turbinenrotorschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen und speziell dabei auf eine Einrichtung zum Festlegen der Schaufeln in einer Rotorscheibe.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Halteklotz in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Rille nahe dem einen Ende des Schaufelschvalbenschwanzes und ist der Radialabstandshalter unmittelbar anstoßend an die radial innen liegende Seite jenes Schwalbenschwanzes angeordnet, so daß letzterer den Halteklotz festhält und eine Bewegung desselben in radial nach innen verlaufender Richtung verhindert.Der Halteklotz weist Vorsprünge auf, die sich zu beiden Seiten des Abstandshalters radial nach innen erstrecken, so daß letzterer den Halteklotz auch in Umfangsrichtung festlegt. Jede Schaufel hat ihren eigenen Abstandshalter und Halteklotz, so daß der Zusammenbau und die Demontage sehr vereinfacht sind und es möglich ist, relativ große Halteklötze aus einem hochfesten Material zu verwenden, das nicht flexibel zu sein braucht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der maximale Abstand in Umfangsrichtung zwischen den sich radial erstreckenden Vorsprüngen an dem Halteklotz leicht größer als die entsprechende Breite desjenigen Teils des Abstandshalters, das in die scheibenseitige Sohwalbenachwanznut eingeführt wird, so daß hierdurch eine Führung für dieses Einführen geschaffen ist.

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Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist der Halteklots einander gegenüberstehende Flansche auf, die von den Vorsprüngera ausgehend sich in Umfangsrichtung gegeneinander erstreckest und dadurch ©inen Verriegelungsschlitz austoildem_o Dieser Schlitz nimmt einen entsprechenden Abschnitt am Kopf des Abstandshalters auf, der eine in Umfangsrichtung gesahen leicht kleiner© Länge aufweist„ so daß hierdurch der Halteklots im Umfangsrichtung verriegelt wird, wenn die Anordnung zusammengebaut ist_o

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungan am einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Es zeigt %

Fig» 1 einen Teillängsschnitt durch eine Schaufel, die an einer Rotorscheibe montiert ist und in der erfindungsgemäßen Weise gesichert werden soll;

Fig. 2 einen Teilaxialschnitt durch mehrere Schaufeln während der Montage;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Schaufeln längs der Linie 3-3 von Fig. 1;

Fig. k einen perspektivischen Ausschnitt einer mit Schaufeln besetzten Rotorscheibe;

Figo 5 eine teilexplodierte Darstellung der Anordnung nach Fig. 4, und

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer fertigmontierten Anordnung.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Rotorscheibe 11, die mit einer Vielzahl von im Umfang verteilten, sich radial erstreckenden Schaufeln 12 besetzt ist, die in der erfindungsgemäßen Weise an

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der Scheibe 11 gesichert sind« Die Scheibe 11 umfaßt einen radial innen liegenden, die Last aufnehmenden Abschnitt 13 und einen radial außen liegenden» die Schaufeln haltenden Abschnitt lh. Der die Last aufnehmende Abschnitt 13 ist mechanisch mit einer Welle verbinden,, die von einer Niederdruckturbine (nicht dargestellt) in üblicher Weise in Drehung versetzt wird. Auf der Vorderseite der Scheibe zwischen dem lastaufnehmenden Abschnitt 13 «ad dem die Schaufeln haltenden Abschnitt I^ ist ein kegelstumpfförmiger Tragkranz 16 ausgebildet, der über eine Vielzahl von Befestigungselementen 17 mit einer Welle 18 verbunden ist, die die Scheibe 11 trägt. Auf der Rückseite der Scheibe 11 ist ein radial vorstehender Flanschring 15 ausgebildet, der über eine Vielzahl von Befestigungselementen 20 mit einem drehmomentübertragenden Bauteil 25 verbunden ist. Xngetral mit diesem drehmomentübertragenden Bauteil 25 ist eine Luftdichtung 30 ausgebildet, die sich radial nach außen erstreckt und an einem Zwischenabschnitt der Rotorschaufeln 12 angreift.

In dem die Schaufeln haltenden Abschnitt i4 der Scheibe 11 ist eine Vielzahl von echwalbenschwanzförmigen Schlitzen 19 ausgebildet, die in gleichen Umfangs ab ständen angeordnet sind und jeweils den Schwalbenschwanz am Fuße einer Rotorschaufel aufnehmen können. Die wirksame radiale Tiefe oder der radial Abstand zwischen dem Boden des Schlitzes und dem radial am weitesten außen liegenden Abschnitt, der die Rotorschaufel festhält, ist mit d bezeichnet (Fig. 2). Die wirksame Länge des Schwalbenschwanzes, oder anders gesagt, der Abstand zwischen dem radial innen liegenden Ende und dem radial am weitesten außen liegenden Ende, der von der Scheibe festgehalten wird, ist mit L bezeichnet (Fig. 2). Wie Fig. 2 zeigt, ist d größer als L, und zwar um die Distanz X. Der Zweck dieser Maßnahme wird später noch erläutert.

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Teil der Scheibe 11 ist weiterhin eine Vielzahl von Haken 22, die sich von der Vorderseite der Scheibe 11 ausgehend nach vorn und sich dann radial nach innen erstrecken, um jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Rille 23 zwischen dem Haken und der Vorderseite der Scheibe 11 zu bilden. Weiterhin ist eine sich axial erstreckende Nut 2k in jedem Haken 22 ausgebildet, wie besonders Fig. k zeigt. Die Haken 22 und die Rillen bzw. Nuten bilden Teile des Haltesystems für die Schaufeln und werden nachfolgend im Detail erläutert.

Jede der Schaufeln 12 ist nahe ihres Schwalbenschwanzes am Fuß mit einem Kragen 26 versehen, der sich in Umfangsrichtung zu beiden Seiten der Schaufel bis zum entsprechenden Kragen 26 der benachbarten Schaufel erstreckt. Diese Kragen bilden zusammen die innere Begrenzung für die Luftströmung, die durch die Rotation der Scheibe von den Schaufeln 12 hervorgerufen wird. In gleicher Weise sind im Bereich der Mitte der Schaufellänge an jeder Schaufel beidseitig Mantelstücke 27 angeordnet, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und mit den Mantelstücken der benachbarten Schaufeln gekuppelt sind und einen geschlossenen Mantel bilden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die kuppelnden Kanten 28 dieser Mangelstücke so geformt, daß sie eine relative Bewegung der Schaufeln gegeneinander in beiden axialen Richtungen verhindern. Ein spezielles Profil, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, weist einen verwinkelten Vorsprung 29 und eine verwinkelte Ausnehmung 31 auf, die zu der Ausnehmung bzw. dem Vorsprung am benachbarten Mantelstück passen. Es sei jedoch betont, daß auch verschiedene andere Ausführungsformen zur Unterbindung einer Relativbewegung in beiden axialen Richtungen geeignet sind. Eine solche, die Schaufeln gegeneinander blockierende Anordnung behindert jedoch die Aneinanderfügung benachbarter Schaufeln durch eine einfache Bewegung in axialer Richtung und macht es daher erforderlich, beim Zusammenbau des Rotors die Schaufeln zunächst tiefer in die Schwalbenschwanz-

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nuten einzusetzen und dann radial nach außen zu bewegen, ehe durch letzteres die Schaufeln aneinander gesichert werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt diese Art des Zusammenbaus trotz der Verwendung von Schwalbenschwanz und entsprechender Schwalbenschwanznut zur Befestigung der Schaufeln.

Aus Fig. k geht besonders deutlich der die Schaufeln haltende Abschnitt Ik der Scheibe 11 mit seiner Vielzahl von im Umfang gleichmäßig verteilten Schwalbenschwanznuten 19 und den dazwischen angeordneten Haken 22 hervor. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen 23» die von den Haken 22 und der Vorderseite der Scheibe ausgebildet werden, dienen der Sicherung der Schaufel 12 gegen axiale Bewegung innerhalb der Nuten 19 und sollen nachfolgend näher beschrieben werden. ¥ie man sieht, weist jeder Haken 22 außerdem an seinem freien Ende einen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz 30 zur Aufnahme eines Halteringes auf. Ein einzelner der Haken 22 ist mit einem axialen Schlitz 2k zur Aufnahme eines Teils des Halteringes versehen, wie später noch erläutert wird.

Es sei nun auf Fig. 5 bezug genommen, in welcher ein Ausschnitt aus dem die Schaufeln haltenden Abschnitt Ik und eine einzelne Schaufel 12 in Explosionsdarstellung wiedergegeben sind zusammen mit den zugehörigen Bauelementen zur Sicherung der Schaufel in der Nut. Man sieht, daß der Schwalbenschwanz am Fuß der Schaufel 12 nahe seiner vorderen Stirnseite 32 eine in Umfangsrichtung verlaufende Rille 33 aufweist. Wenn das Schaufelblatt eingebaut ist, dann ist die Rille 33 in Umfangsrichtung auf die Rille 23 der benachbarten Haken 22 ausgerichtet. Um die Schwalbenschwänze an den Schaufeln mit den Haken an der Scheibe unter Benutzung der erwähnten Rillen zu verbinden, wird ein Halteklotz 3k verwendet, der gleichzeitig in die Rillen 33 und 23 von Schwalbenschwanz 21 und Scheibe eingesetzt wird. Die in Umfangsrichtung

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der Scheibe gemessene Länge S des Halteklotzes ist so gewählt, daß er sich zugleich in die Rillen 23 zu beiden Seiten des zugehörigen Schwalbenschwanzes 21 erstreckt. Auf diese Weise ist jedem Schwalbenschwanz 21 sein eigener Halteklotz 34 zugeordnet „ der eine axiale Bewegung des Schwalbenschwanzes in seiner Nut -verhindert. Eine axiale Bewegung des Halteklotzes selbst wird durch den Haken in der einen Richtung und durch die Stirnfläche der Scheibe in der anderen Richtung verhindert. Di© radiale Tiefe T des Halteklotzes 34 ist ausreichend groß, um die Nut 33 auszufüllen und sich von dieser aus radial nach innen in zwei Ansätzen 35 und 36 fortzupflanzen, die die in Umfangsrichtung liegenden Begrenzungen einer in Achsrichtung verlaufenden Rille 45 bilden. Radial nach innen erstrecken sich von diesen Ansätzen 35 und 36 einander gegenüberliegende Flansche 46 und 47, die zwischen sich einen für Verriegelungszwecke bestimmten Schlitz 48 ausbilden. Die axiale Nut 45 und der Schlitz 48 sind in der Größe so gewählt, daß sie dazu passende Abschnitte eines Abstandselementes 37 aufnehmen können.

Das Abstandselement 37 ist ein langgestrecktes Bauteil mit einem Abstandshalterkörper 38 und einem Kopf 39. Der Abstandshalterkörper 38 ist dazu bestimmt, zunächst in die axial verlaufende Nut 45 des Halteklotzes 34 und dann in die Schwalbenschwanznut 19 zwischen der radial innen liegenden Seite des Schwalbenschwanzes 21 und dem Halteabschnitt 14 der Scheibe 11 eingeführt zu werden. Seine radiale Tiefe ist daher wenigstens an einer Stelle gleich der Distanz X (Fig. 2), so daß, wenn er installiert ist, der Schwalbenschwanz der Schaufel fest in seiner radial außen liegenden Stellung gehalten wird. Der Körper kann selbstverständlich leicht konisch zulaufend ausgeführt sein, um seine Einführung in die Schwalbenschwanznut zu erleichtern«, Die Breite des Körpers 38 ist geringfügig schmaler als die der axialen Nut 45 des Halteklotzes 34, so daß der Klotz 34 auf dem Abstands-

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halter 37 gleiten kann. Die enge Passung des Abstandselements 37 in der axialen Nut 45 des Halteklotzes 34 stellt eine exakte Placierung des Halteklotzes 34 sicher.

De*· Kopf 39 des Halteelements 37 ist mit einem U-förmigen Kanal versehen, der nach der radial innen liegenden Seite hin offen ist und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 41 bildet, der das Gewicht verringert und den Ausbau des Halteelements 37 zu Wartungszwecken erleichtert. Die Umfangslänge des Kopfes 39 ist so gewählt, daß in zusammengebautem Zustand der U-förmige Kanal eng in den Schlitz 48 paßt, um den Halteklotz 34 auch in Umfangsrichtung zu sichern. Wenn der Abstandshalter 37 einebaut ist, dann ist die Endfläche 40 des Kopfes 39 axial nahe der Axialebene der Rillen 30 in den Haken 22 gelegen. Eine axiale Sicherung der Abstandshalter 37 wird sodann durch einen Haltering 42 erzielt, der über die Endflächen 40 der Köpfe 39 und durch die Rillen 30 in den Haken läuft. Ein in axialer Richtung abgebogener Vorsprung 43 ist am einen Ende des Halterjuges 42 ausgebildet und wird von dem axialen Schlitz 24 in einem der Haken 22 aufgenommen (Fig. 6). Der einzige Haltering 42 hält somit die Vielzahl der Abstandshalter 37 an ihrem Platz, die wiederum die zugehörigen Schaufeln in ihren radial außen liegenden Stellungen festhalten, so daß die Mantelstücke 27 in der Mitte der Schaufeln in ihrer sich gegenseitig sichernden Stellung verbleiben.

Zum Zusammenbauen der oben beschriebenen Bauteile geht man wie folgt vor. Bine erste Schaufel wird axial in die Schwalbenschwanznut so weit eingeschoben, daß ihre in Umfangsrichtung verlaufende Rille 33 mit den benachbarten Rillen 23 zwischen den Haken 22 und der Scheibe 11 fluchtet. Ein Halteklotz 34 wird in die drei Rillen eingesetzt und ein Abstandshalter 37 wird in die Nut 45 am Halteklotz 34 und dann in die Schwalbenschwanznut 19 zwischen dem Schwalbenschwanz 21 und der radial

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innen liegenden Fläche der Schwalbenschwanznut eingeschoben, um die Schaufel in ihrer radial außen liegenden Stellung zu fixieren. Sodann wird die nächste Schaufel in die benachbarte Schwalbenschwanznut eingesetzt, wobei der Schwalbenschwanz soweit wie möglich radial innen geführt wird, wie es in Fig. an der rechten Schaufel gezeigt ist. Dies erlaubt es, das Mantelstück 27 dieser Schaufel auf das Mantelstück 27 der benachbarten Schaufel axial auszurichten. Sodann werden ein zweiter Halteklotz Jk und ein zugehöriger Abstandshalter in gleicher Weise wie zuvor beschrieben montiert, so daß die zweite Schaufel radial nach außen bewegt wird, so daß sich die Schaufelstücke 27 ineinanderschieben, wie es Fig. 3 zeigt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis sämtliche Schaufeln und Abstandshalter eingesetzt sind. Danach wird der Haltering 42 an seinen vorgeschriebenen Platz gebracht, indem er durch alle Rillen 30 und über alle Endflächen 40 der Abstandshalter 37 geführt wird. Der axiale Vorsprung 43 des Halteringes 42 wird dann in den axialen Schlitz 24 des bewußten Hakens 22 gebracht, so daß sich der Ring 42 nicht mehr drehen kann.

Das Entfernen einer der Schaufeln geschieht in umgekehrter Welse. Zunächst wird der Haltering 42 entfernt, dann wird der Abstandshalter der betreffenden Schaufel aus der Schwalbenschwanznut herausgezogen, der Halteklotz 34 kann nun entfernt werden, der Schwalbenschwanz 21 der Schaufel kann radial nach innen in die Schwalbenschwanznut hineinfallen, womit sich die Mantelstücke 27 von denen der benachbarten Schaufeln lösen, so daß nun die Schaufel axial aus der Nut herausgezogen werden kann.

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Claims

Ansprüche

-ζ Halteeinrichtung für Turbinenschaufeln an einer Rotorscheibe mit einer Vielzahl von mit Schwalbenschwanzfuß und Mantelstücken versehenen Schaufeln, deren jeder ein Abstandshalter zugeordnet ist, der den Schwalbenschwanz des Schaufelfußes in einer ihn aufnehmenden axial verlaufenden Nut der Rotorscheibe in radialer Richtung festlegt, gekennzeichnet durch eine Rillenanordnung (23) an der einen Seite der Rotorscheibe (11), eine schaufelseitige Rille (33) nahe dem einen Ende jedes Schwalbenschwanzes (21), die mit der seheibenseitigen Rillenanordnung (23) in axiale Deckung bringbar ist, eine zu Halteklötzen (3*0 segmentierte Einrichtung, die die schaufelseitigen Rillen (33) mit der scheibenseitigen Rillenanordnung (23) verbindet und dadurch die Lage der Turbinenschaufeln (12) in axialer Richtung festlegt, und eine Vorrichtung (39) zum Sichern der Halteklötze (3*0 in ihrer vorgeschriebenen Lage.
2. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenseitige Rillenanordnung (23) eine Vielzahl integral mit der Rotorscheibe (11) verbundene Haken (22) aufweist. ·

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MÜNCHEN: TELEFON (Ο89) 225585
KABEL: PROPINDUS · TELEX Ο5 24 244

BERLIN: TELEFON (03O) 8312Ο88 KABEL: PROPINDUS · TELEX O1 84Ο57

ORlQtNAL INSPECTED
3. Halteeinrichtung nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenseitige Rillenanordnung (23) zwischen von der Rotorscheibe (11) vorstehenden Haken (22) und der Rotorscheibe (11) gelegen ist.
k, Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenseitige Rillenanordnung (23) Haken (22) aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Schwalbenschwanznuten (19) angeordnet sind.
5. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaufelseitige Rille (33) eine an der radial innen liegenden Seite des Schwalbenschwanzes (21) ausgebildet ist,
6. Halteeinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rille(33) in Uinfangsrichtung durch den gesamten Schwalbenschwanz (21) erstreckt.
7* Halteeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteklotz (3*0 sich durch die Rille (33) erstreckt und in Uinfangsrichtung auf beiden Seiten davon hervorsteht.
8. Halte einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteklotz (3*0 sich in Uinfangsrichtung durch die ganze Rille (33) und einen Teil der scheibenseitigen Rillenanordnung (23) erstreckte
9. Halteeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteklotz (3k) sich vom einen Haken (22) durch die schaufelseitige Rille (33) zum gegenüberliegenden Haken (22) erstreckt.

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10. Halteeinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß sich der Halteklotz (34) in Umfangsrichtung gesehen vom Mittelpunkt des einen Hakens (22) bis zum Mittelpunkt des anderen Hakens (22) erstreckt.
11. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (39) zum Sichern eines Halteklotzes (3*0 ein Teil (38) des Abstandshalters (37) ist, das in montierter Stellung radial innerhalb und in Eingriff mit dem Halteklotz (34) steht und diesen in seiner radialen Lage fixiert.
12. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Sichern der Halteklötze (3*0 in Umfangsrichtung an den Halteklötzen (3*0 und den Abstandshaltern (37) wirkende Einrichtungen (35»3*>) aufweist, die so wirken, daß die Abstandshalter (37) die Halteklötze (34) in Umfangsrichtung festhalten·
13· Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halteklotz (3*0 eine in Achsrichtung verlaufende Nut (45) zur Aufnahme eines Abstandshalters (37) aufweist, so daß der Abstandshalter (37) die Lage des Halteklotzes (3*l·) bestimmt.
14. Halteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halteklotz (34) zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberstehende Vorsprünge (46,47) aufweist, die einen verriegelnden Zwischenraum (48) ausbilden, und daß der zugehörige Abstandshalter (37) einen Abschnitt (39) aufweist, der in montiertem Zustand in diesem Zwischenraum (48) liegt, um den Abstandshalter (37) in Umfangsrichtung zu sichern·

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