DE2906029A1

DE2906029A1 - Verriegelungseinrichtung fuer rotorschaufeln

Info

Publication number: DE2906029A1
Application number: DE19792906029
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Peck; James William Tucker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: GB2021206A; US4208170A; FR2426151B1; JPS54150505A; GB2021206B; FR2426151A1; CA1122128A; IT1110643B; DE2906029C2; JPS6139484B2; IT7920044A0

Description

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Verriegelungseinrichtung für Rotorschaufeln

Die Erfindung bezieht sich auf Turbomaschinen und speziell auf eine Verriegelungseinrichtung zum Sichern der Rotorschaufeln in Rotorschlitzen.

Bei der Herstellung von mit Schaufeln besetzten Rotoren hat man zur Sicherung der Schaufeln, beispielsweise Turbinen- oder Lüfterschaufeln, an einem Rotor bisher zu Metallstreifen gegriffen,, die in den Rotorschlitz eingeführt werden und dann mit ihren Enden so umgebogen werden, daß diese Enden den Fuß der Schaufel und die sich radial erstreckenden Rotorflächen überlappen« Diese Sicherungseinrichtungen haben sich aus verschiedenen Gründen als ungünstig erwiesen. Ein ungünstiger Effekt ist beispielsweise, daß Belastungen, die dazu neigen, die Rotorschaufel aus ihrem Halteschlitz zu drücken, von den umgebogenen Enden des Metallstreifens aufgenommen werden. Da die Metallstreifen im allgemeinen so dimensioniert werden, daß sie beim Einbau leicht umgebogen werden können, lassen sie sich durch die erwähnten, von der Rotorschaufel aufgebrachten Kräfte leicht in entgegengesetzte Richtung zurückbiegen.

Auch bei der Wartung der Rotorschaufeln haben sich ungünstige Eigenschaften gezeigt. Die Entfernung der bekannten Sicherungs einrichtungeui während der routinemässigen Wartung hat sich als mühsam herausgestellt₉ da di© Rotorscheib© vom. beiden Seiten sugängliejh seijrn muß und der Zugang zumeist recht unbequem ist_o Aiacih. sind di® Tb©isaHat©a SiekerusigSQiiarieSitwsagea saicht wieder= verwendbar ο da sick ikre pfoysikaliseSissa «sad metallurgischen iSigemsckafteiffii bois wledsrnoltesa Biogesa. der "Streifenendem ä ThT sa®tx-/©Ead2.(g©s* HS^sats ist t©iui©r₀ foosoadear's weasa ©ime

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Zahl von Rotorschaufeln bei der Wartung entfernt und neu installiert werden muß«

Aus der US-PS 39 36 234 ist eine demgegenüber verbesserte Verriegelungseinrichtung für Rotorschaufeln bekannt. Bezüglich der Rotorscheibe bringt diese Einrichtung erhebliche Verbesserungen, es hat sich jedoch gezeigt, daß sich eine geringe tangentiale Beweglichkeit der Schaufel im Rotorschlitz ergibt, die eine Relativbewegung zwischen Schwalbenschwanzfuß der Schaufel und Rotorscheibe während des Leerlaufs bei Gasturbinen ermöglicht. Leerlauf kann bei Gasturbinen aber für 8 bis 12 Stunden pro Tag vorherrschen, so daß die erwähnte Schaufelbeweglichkeit zu einer Abnutzung des Schutzbelages führt, mit dem normalerweise die Rotorschlitze zur Aufnahme der Schaufelfüße beschichtet sind. Die Folge davon ist dann ein vorzeitiger Verschleiß an der Druckfläche des Rotorschlitzes, Eine Reparatur der Rotorschlitze ist unbequem und teuer und kann nur wenige Male wiederholt werden, so daß die Rotorscheibe bald unbrauchbar wird.

Bei der vorgenannten bekannten Anordnung ist weiterhin ein Vorspannkeil aus einem elastischen Material bekannt, das in einen Hohlraum zwischen der Schaufelhaltevorrichtung und dem Boden des Rotorschlitzes eingesetzt werden kann und eine radial nach außen wirksame Kraft auf die Schaufel aufgrund der Kompression seines Materials aufbringt. Bei der Gestaltung dieser Anordnung sollte vorzugsweise auf eine geringe Steifigkeit des elastischen Materials geachtet werden, damit auch über größere Toleranzbereiche von Schlitzweiten stets eine Kompression in dem Keil erzielbar ist. Das Material sollte weiterhin weich sein, um mechanische Beschädigungen des Bodens des Rotorscheibenschlitzes zu vermeiden, wenn der Abstandshalter installiert wird. Gegenwärtig wird ein organisches

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polymeres Material, wie Nylon 6/6 in komprimiertem Zustand verwendet, um die erwähnte radial wirkende Kraft aufzubringen. Diese radiale Kraft, die von einem Polymer auf Nylonbasis aufgebracht werden kann, wird durch die Kraft beschränkt, die zur Installierung des Abstandshalters erforderlich ist. Die Verwendung von weich zusammendruckbarem, nichtmetallischem (oder wenig festem) Material erlaubt ein Materialfließen bei Umgebungstemperatur und, kombiniert mit der radial gerichteten Kompression, die die Kraft hervorruft, wird es bei geringster Abnutzung des Schwalbenschwanzes möglich, daß sich das System lockert und seine Wirksamkeit verliert.

Es erscheint daher wünschenswert, bei der bekannten Anordnung einen harten, metallischen, hochfesten Einsatz zu verwenden. Dies würde jedoch unweigerlich die Gefahr von Beschädigungen des Schlitzbodens während der Installation heraufbeschwören, wenn man den Einsatz mit Kraft an seinen Platz treibt. Ks wäre weiterhin nicht möglich, gerin-ge Herstellungstoleranzen an den an den Schwalbenschwänzen auszugleichen, Weiterhin wäre es schwierig, die Anordnung zu demontieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Verriegeln radial vorstehender Schaufeln an einem Rotor anzugeben, bei welcher Jeder Schaufel ein Abstandshalter zugeordnet ist_f der die Schaufel sradial nach außen drückt, um eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und der Rotorscheibe sowohl während des normalen Betriebs als auch während des Leerlaufs sau verhindern. .

Diese Aufgabe wird durch die in .den Patentansprüchen 1 oder 2 angegebene Erfladung gelöst*, lieiterMildungen der Erfindung siad Gegenstand der Itaterasisprüche ₀ " -

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Vorzugsweise wird bei der Erfindung ein metallischer Abstandshalter verwendet, der sowohl Rotorschlitztoleranzen ausgleichen kann als auch gleichzeitig die Schaufel nach außen drückt. Der Abstandshalter ist einfach einsetzbar,ohne daß die Gefahr besteht, daß der Schwalbenschwanzfuß der Schaufel oder der Rotorscheibenschlitz nachteilig deformiert werden.

Die Verriegelungseinrichtung besteht insbesondere aus einem Paar im Abstand zueinander angeordneter Halter, die in dem radialen Zwischenraum zwischen dem Schwalbenschwanzfuß der Rotorschaufel und dem Boden des Schlitzes der Rotorscheibe angeordnet sind. Diese Halter weisen vergrößerte Endabschnitte auf, die aus dem Schlitz vorstehen und in gegenüberstehendem und überlappendem Verhältnis bezüglich des Endes des Schwalbenschwanzfußes und der Seiten der Rotorscheibe stehen, um die Axialbewegung des Schwalbenschwanzfußes innerhalb seines zugehörigen Rotorscheibenschlitzes zu begrenzen. Die Halter werden gegeneinander durch einen im allgemeinen gebogenen metallischen Abstandshalter im Abstand gehalten, wobei dieser Abstandshalter so dimensioniert ist, daß er in den radialen Zwischenraum in einem im wesentlichen undeformierten Zustand eingesetzt werden kann, ohne daß der Schlitz oder der Schwalbenschwanzfuß deformiert wird. Der Abstandshalter weist Elastizitätseigenschaften auf, so daß, wenn er in eine im wesentlichen gestreckte Gestalt deformiert wird, ein erster gebogener Abschnitt an den Schaufelfuß anstößt und ein zweiter gebogener Abschnitt am Boden des Schlitzes anstößt, um eine nach außen gerichtete Kraft am Schwalbenschwanzfuß hervorzurufen. Die Krafterzeugung wird durch Biegung erreicht, und diese Anordnung kompensiert in Kombination mit den gebogenen Oberflächenabschnitten des Abstandshalters unterschiedliche Schlitztoleranzen· Um den Abstandshalter durch Biegen zu deformieren, wird ein Werkzeug eingesetzt. Die Reaktionskraft des Werkzeugs wird durch einen

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Klotz ersetzt, der es erlaubt, das Werkzeug wieder zu entfernen,, während die Deformierung des Abstandshalters und die Krafteinvirkung auf die Schaufel aufrechterhalten wird. Der Klotz und dor Abstandshalter sind gegen Relativbewegungen gegenüber den übrigen Haltern gesichert. Unter dem Abstandhalter und dem Klotz kann eine Unterlage, ein Schuh od.dgl. eingeordnet sein, der die Reaktionskraft auf eine größere Fläche im Rotorschlitz verteilt.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Radialschnitt durch eine Schaufel-Rotor-Kombination mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Axialansicht in Richtung der Linie 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 2;

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Verriegelungseinrichtung nach der Erfindung in zusammengebautem Zustand;

Fig. 6 einen Radialschnitt nach Fig» 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig„ 7 einen Schnitt, der die Haltestäbe während des Einsetssens in den Rotorschlitz zeigt;

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Fig. 8 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Abstandshalters in undeformiertem, eingebautem Zustand;

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 8;

Fig. 10 eine Seitenansicht, die darstellt, wie der Abstandshalter beim Biegen mit einem Werkzeug deformiert wird, um ine radialgerichtete Kraft am Schaufelfuß zu erzeugen;

Fig. 11 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 10, und

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie 12-12 von Fig. 6, der das Zusammenwirken des Abstandshalters und der Haltestäbe zeigt.

In Fig. 1 ist eine Rotorschaufel 1O dargestellt, die an einer Rotorscheibe 12 befestigt ist. Die Rotorscheibe rotiert um eine hier nicht dargestellte Mittenachse· Die Rotorschaufel mit sehr großen radialen Abmessungen besteht aus einem Schaufelblatt 1'i, einem Leitringsegment 16 und einem sich davon radial nach innen erstreckenden Schaufelfuß 18, dessen radial nach innen gerichtete Seite (Unterseite) mit 20 und dessen Stirnseiten mit 22 und 2k bezeichnet sind. Am Schaufelblatt 1^ sind etwa auf halber Höhe beidseitig Schürzensegmente 26 ausgebildet, die sich mit den Schürzensegmenten der benachbarten Schaufelblätter zu einem geschlossenen Ring schließen, der der Schaufelanordnung Stabilität gegen Verbiegung verleiht.

Die Rotorscheibe 12 weist gemäß Fig. 1 eine Vorderseite 28 und eine Hinterseite 30 auf. Sie ist an ihrem Umfang mit einer Vielzahl gleichmäßig verteilter Schlitze 32 von schwalbenschwanzförmigem Querschnitt versehen, die zur Aufnahme je

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eines Schaufelfußes 18 von ebenfalls schwalbenschwanzf örmigem Querschnitt bestimmt sind. Die Schwalbenschwanzschlitze 32 erstrecken sich quer über den Umfang der Rotorscheibe 12 von der Vorderseite 28 zur Hinterseite 30 und in einer solchen Tiefe, daß nach Aufnahme eines Schaufelfußes 18 zwischen dessen Unterseite 20 und dem Boden hk des Schlitzes 32 ein Zwischenraum 34 von vorbestimmter radialer Höhe 36 freibleibt. Nahe dem vorderen und dem hinteren Ende jedes Schlitzes 32 sind an der vorderen und hinteren Rotorseite 28 bzw. 30 Ans chi.igf lachen 38 bzw. 40 ausgebildet. Der Zwischenraum im Schlitz 32 ermöglicht es, ein einzelnes Schaufelblatt radial nach innen gegen den Rotor abzusenken, um seine Schürzensegmente 26 aus dem Eingriff mit den Schürzensegmenten der benachbarten Schaufeln zu bringen, damit die einzelne Schaufel unabhängig von den anderen Schaufeln demontiert werden kann» Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf zwei Schaufelblätter und ihr gegenseitiges Ineinandergreifen im eingebauten Zustand. Um eine einzelne Schaufel axial entfernen zu können, ist es zunächst erforderlich, die Schürzensegmente 26 aus dem Eingriff mit den benachbarten Schürzeneegmenten zu bringen. Der Schlitz 32 hat, abgesehen von seiner schwalbenschwanzförmigen Gestalt, einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt, wobei Seitenwände 42 die seitlichen Schenkel des "U" und der Boden 44 den Verbindungsschenkel des "U" bilden.

Rotoren der genannten Art rotieren zumeist mit extrem hohen GeschvLndigkeiten. Bei Fehlen geeigneter Sicherungsvorrichtungen zum Festlegen der axialen Lage der Schaufeln haben die Reaktionskraft der Schaufelblätter trai Auftreffen von Fremdkörpern, die Reibung an den Schaufelspitzen, die Schaufelvibration und die Reaktionskraft an den Schaufeln aufgrund der Einwirkung des Strömungsmediums zur Folge, daß die Schaufeln 10 aus den Schlitzen 32 herausgedrückt werden. Erhebliche Schaden und Folgeschäden an der Maschine und ihrer Umgebung

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wären die Folge. Es ist daher notwendig, für eine sichere Festlegung der Schaufeln am Rotor Sorge zu tragen. Es ist weiterhin not-wendig, daß die Schaufeln 10 am Rotor 12 so befestigt sind, daß eine Relativbewegung zwischen den Schaufelfüßen 18 und den Schlitzen 22 verhindert ist, damit an dieser Stelle keine Abnutzung auftritt. Die Erfindung löst dieses Problem durch den erwähnten Zwischenraum Jk und die Einfügung einer Verriegelungseinrichtung k6 darin, die den Schaufelfuß 18 im Schlitz 32 aktiv und festsitzend, gleichzeitig aber auf Wunsch lösbar, sichert.

Die im einzelnen in den Figuren k und 5 dargestellte erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung 46 besteht aus sich axial erstreckenden Haltestäben 48 und 50, einem sich axial erstreckenden Abstandshalter 52» einem Abstandsklotz 54, einer wahlweise verwendbaren Druckverteilerschiene 56, einer Schraube 58 und einer Mutter 60. Die Haltestäbe 48 und 50 sind allochiral und sind identisch denen, die in der oben erwähnten US-PS 39 36 234 beschrieben sind. Die Haltestäbe 48 und 50 weisen speziell mittlere, langgestreckte Abschnitte 62 von verringertem Durchmesser und vergrößerte Endabschnitte oder Köpfe 64 am hinteren Ende und vergrößerte Köpfe 66 am vorderen Ende auf. Die vorderen Köpfe 66 erstrecken sich im wesentlichen radial nach außen und innen. Die axiale Länge der Abschnitte 62 ist so groß vie die axiale Länge des Schlitzes 32. Jeder Abschnitt 62 weist eine radial nach außen gerichtete Stützfläche 65 und eine in Umfangsrichtung gesehen innen liegende Seitenfläche 67, eine radial nach innen gerichtete Stützfläche 68 und eine in Umfangsrichtung gesehen außen liegende Fläche 70 auf. Die hinteren Köpfe 6k sind so dimensioniert, daß sie durch den Zwischenraum Jk geschoben werden können, während die vorderen Köpfe 66 in radialer Richtung größere Abmessungen aufweisen als das Maß 36 des Zwischenraums 34«, Auf diese Weise wird ein

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falscher Zusammenbau der Verriegelungseinrichtung im Schlitz 32 ausgeschlossen. Die Köpfe 64 und 66 wirken mit dem dazwischen liegenden Abschnitt 62 des Haltestabes zusammen und bilden gegeneinander gerichtete Anschlagflächen 72 und 74, die sich in radialer und Umfangsrichtung erstrecken. Die axiale Distanz zwischen den Anschlagflächen 72 und Jk ist im wesentlichen so groß wie die axiale Länge des Schlitzes 32. Von den vorderen Köpfen 66 der Haltestäbe 48 und 50 stehen Vorsprünge 76 vor, die eine Bohrung 78 aufweisen.

Die Schiene 56 ist dazu bestimmt, zwischen die Stützflächen 68 der Haltestäbe 48 und 50 und den Boden 44 des Schlitzes eingesetzt zu werden. Die Schiene 56 ist mit zwei radial vorstehenden Leisten 80 versehen, die voneinander durch eine axial verlaufende Rille 82 mit Seitenwänden 84 und einer Bodenwand 86 getrennt sind. Jede Leiste 80 weist eine radial nach außen gerichtete Fläche 88 auf, die in zusammengebautem Zustand an der unteren Stützfläche 68 des darüberliegenden Haltestabes 48 bzw. 50 anliegt. Die Schiene 56 weist eine Unterseite 89 auf, deren Kontur der des Bodens 44 des Schlitzes 32 entspricht. Die axiale Länge der Schiene 56 entspricht etwa der Länge des Schlitzes 32.

Der Abstandshalter 52, der zwischen die beiden Haltestäbe 48 und 50 und in die Rille 82 der Schiene 56 eingeschoben wird, um die beiden Haltestäbe auf Abstand zu halten, weist einen mittleren, sich axial erstreckenden gebogenen Abschnitt SO auf, dessen radiale Dicke vom hinteren End« zum vorderen Ende hin abnimmt. Auch dieser Abstandshalter 52 ist am vorderen Ende mit einem Kopf 92 und am hinteren Ende mit einem Kopf versehen, der integral am Abstandshalter ausgebildet ist. Der Abstandshalter 52 weist eine obere oder erste gebogene Fläche 96 auf, die im installierten Zustand (Fig. 6) an den Schaufel-

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fuß 18 anstößt* Weiterhin weist er eine untere oder zweite gebogene Fläche 98 auf, die im installierten Zustand des Abstandshalters am Boden 86 der Rille 82 anliegt. Der hintere Kopf 94 ist so bemessen, daß er durch den Zwischenraum 34 zwischen den Haltestäben k8 und 50 hindurchpaßt. Die Krümmung im mittleren Bereich 90 ist auf ein Maß begrenzt, das es erlaubt, den Abstandshalter 52 in den Zwischenraum 3k gemäß Fig. 8 einzupassen. Die Köpfe 92 und 94 wirken mit dem mittleren Bereich 90 zusammen und bilden gegeneinander gerichtete Flächen 100 und 102 aus, die sich radial nach außen und innen erstrecken. Die axiale Distanz zwischen diesen Anschlagflächen 100 und 102 ist im wesentlichen so groß wie die axiale Länge des Schlitzes 32.

Der Abstandsklotz 54 als ein Ausführungsbeispiel eines Abstandshalters, der ebenfalls in die Rille 82 und zwischen die Haltestäbe k8 und 50 einzusetzen ist, wird unter den Abstandshalter 52 in noch zu beschreibender Weise geschoben. Er weist einen sich axial erstreckenden Keilabschnitt 104 mit einem integral daran ausgebildeten Kopf 106 am vorderen Ende auf. An dem Kopf 106 ist ein Vorsprung 108 mit einer Querbohrung 110 ausgebildet, der nach vorn vorsteht. Der Kopf 106 trägt auf der dem Keilabschnitt 104 zugekehrten Seite eine Anschlagfläche 113, die sich in radialer Richtung erstreckt. Wie Fig. 5 zeigt, werden die Haltestäbe 48 und 50 von dem Abstandshalter 52 und dem Abstandsklotz 54 in gegenseitigem Abstand gehalten und wird der Abstandsklotz 54 durch eine Schraube 58 gesichert, die in die Bohrungen 78 und 110 geführt ist.

Die Figuren 6 und 12 zeigen die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung 46 in fertig montiertem Zustand unter dem Schaufelfuß 18 im Rotoxschlitz 32. Wie am besten aus Fig. 12 erkennbar ist, liegt die Unterseite 89 der Schiene 56 auf dem Boden 44

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des Schlitzes 32 auf. Der Abstandshaltei* $2 ist in die liille 82 der Schiene 56 eingesetzt und liegt an den Seitenwänden 67 der Haltestäbe 48 und 50 an und hält letztere in Umfangsrichtung auf Abstand, so daß die Seitenwinde 70 der Haltestäbe 48 und 50 an den Seitenwänden 42 des Schlitzes 32 anliegen, Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wurde der Abstandshalter 52 mit Hilfe des Abstandsklotzes $h in eine mehr geradlinige Form gebogen, indem der Abstandsklotz 54 mit seinem Keilabschnitt 104 unter den Abstandshalter 52 in die Rille 82 geschoben wurde. Die gebogene Fläche 96 des Abstandshalters 52 wird hierdurch in Anlage an die Unterseite des Schaufelfußes 18 gebracht, so daß sich eine radial nach außen gerichtete Beaufschlagung des Schaufelfußes ergibt, der die Schaufel in einer festen radialen Lage gegenüber der Ttotorscheibe 12 hält.

Bei der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung liegen die Anschlagflächen 72 der hinteren Köpfe 64 an der Anschlagfläche 40 auf der Rückseite 30 der Rotorscheibe 12 und an der hinteren Stirnseite 2h des Schaufelfußes 18 an, d.h. sie überlappen die Hinterseiten von Schaufelfuß und Rotorscheibe. Ähnliche Verhältnisse liegen am anderen Ende des Schlitzes 32 vor, wo die Anschlagflächen ¹Jh der vorderen Köpfe 66 an der vorderen Anschlagfläche 38 der Vorderseite 28 des Rotors 12 und an der vorderen Stixnseite 22 des Schaufelfußes 18 anliegen und diese überdecken. Wenn auf das Schaufelblatt 10 eine Kraft einwirkt, die die Schaufel im Schlitz 32 axial verschieben will, dann wird eine Verschiebebewegung durch diese Überlappung der erwähnten Anschlagflachen verhindert. Der Abstandshalter 52 und der Abstandsklotz 54 halten die Haltestäbe 48 und 50 in ihrer Lage fest und drücken zugleich den Schaufelfuß axial nach außen«

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Das Einsetzen der Haltestäbe 48 und 50 ist näher in der US-PS 39 36 334 erläutert und daher dem Fachmann bekannt, so daß auf eine sehr ausführliche Erläuterung hier verzichtet werden kann. Dennoch sei auf Fig. 7 bezug genommen, wo eine gegenseitige Lage der Haltestäbe 48 und 50 während des Einführens derselben in den Schlitz 32 erkennbar ist, die es erlaubt, die Haltestäbe trotz der vergrößerten Querschnitt sabmessungen der Köpfe 64 frei durch den Zwischenraum 24 zwischen der Unterseite des Schaufelfußes 18 und dem Boden des Schlitzes 32 zu schieben, und zwar einzeln oder gemeinsam. Nach dem vollständigen Einschieben der Haltestäbe 48 und 50 in den Schlitz 32 werden sie in Umfangsrichtung voneinander weg und radial nach außen bewegt, so daß ihre oberen Stützflächen 65 an der Unterseite 20 des Schaufelfußes 18 und ihre Außenflächen 70 an den Seitenwänden 42 des Schlitzes 32 anliegen. In dieser Lage entsteht zwischen den einander gegenüberstehenden Seitenflächen 67 der Mittelabschnitte 62 der Stäbe 48 und 50 ein Spalt 112 und unterhalb der unteren Stützflächen 68 ein Zwischenraum 114 (Fig. 9)·

In dieser Lage der Haltestäbe 48 und 50 wird der Abstandshalter 52 in den SpaXt 112 eingeschoben. Sodann wird die Schiene 56 ganz in den Zwischenraum 114 zwischen den unteren Stützflächen 68 und der Bodenwand 44 so eingeschoben, daß die Unterseite 98 des Abstandshalters 52 auf den Rillenboden aufliegt und sich die Kontur der Unterseite 89 der Schiene satt auf dem Schlitzboden 44 abdrückt.

Der Abstandshalter 52 weist, wie schon ausgeführt wurde, grob gesehen eine gebogene Form auf, wobei die konvexe Fläche 96 radial nach außen gerichtet ist. Der Abstandshalter 52 besteht vorzugsweise aus einer hochfesten Metallegierung, beispielsweise aus kaltgeschmiedetem InconeI 718 und weist solche

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physikalischen Eigenschaften auf, daß es bei Raumtemperatur oder bei den normalen Betriebstemperaturen des Rotors nicht fließt. Die Höhe des Abstandshalters 52 ist so gewählt, daß er in entspanntem Zustand ohne Gewalteinwirkung zwischen den Schaufelfuß 18 und den Schlitzboden kh eingeschoben werden kann. Die Anschlagfläche 102 des Abstandshalters 5² ist vorgesehen, um die Schiene 56 während des Zusammenbaus und im Betrieb im Schlitz 32 zu sichern.

Wie die Figuren 10 bis 12 zeigen, wird dann durch Deformierung des Abstandshalters 52 eine radial nach außen gerichtete, gegen den Schwalbenschwanzfuß 18 wirkende Kraft erzeugt. Das vordere Ende des Abstandshalters 52 ist mit zwei in Umfangsrichtung verlaufenden Rillen 116 und 118 im Kopf 92 versehen. Dabei erstreckt sich die Rille II6 im wesentlichen axial in den Kopf 92 und die Rille 118 radial im Kopf 92. Die Rille ist zur Aufnahme eines Wexiczeuges 120 (Fig. 11 ) bestimmt, das dazu verwendet wird, den Abstandshalter 52 in eine mehr geradlinig verlaufende Form zu verbiegen. Das Werkzeug 120 besteht aus einem steifen Arm 122 mit zwei Fingern 124, die d<~n Schaufelfuß 18 umgreifen und sich auf den Rotorscheibenstegen 126 zwischen den Schlitzen 32 abstützen können. An dem steifen Arm 122 ist ein beweglicher Arm 128 mit einem Finger 130 angebracht, welch letzterer in die Rille II6 eingreift. Der bewegliche Arm 128 trägt einen Gewindezapfen 132, der durch ein Loch im steifen Arm 122 radial nach außen vorsteht. Ein Führungsstift 136 erhält die axiale Ausrichtung von steifem Arm 122 und beweglichem Arm 128 aufrecht. Beide Arme können mittels einer Mutter 13*5- auf dem Gewindezapfen 132 gegeneinander verspannt werden,, wodurch der Finger 130 das vordere Ende des Abstandshalters 52 radial nach außen zieht und den Abstandshalter so spannt,, daß die Anschlagf lache 100 des Kopfes 92 die vordere Stirnseite 22 des Schaufelfußes 18 überdeckt, so daß sich der Abstandshalter 5² nicht mehr axial nach hinten bewegen

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kann« Gleichzeitig wird hierdurch auch die Anschlagfläche 102 am hinteren Kopf 9^· des Abstandshalters in Überlappung mit der hinteren Stirnseite der Schiene 56 gebracht, wodurch auch die Schiene 56 in einer festen Lage gegenüber der Schaufel 10 und der Rotorscheibe 12 gesichert wird. Das Verbiegen des Abstandshalters 52 bringt dessen gebogene Oberseite 96 in Anlage an die Unterseite 20 des Schaufelfußes 18, während die gebogene Unterseite 98 im Boden 86 der Rille 82 liegt. Es wird so eine radial nach außen gerichtete Kraft erzeugt, die auf den Schaufelfuß 18 wirkt und die etwa 10 mal so hoch ist wie die Kraft, die mit den bisherigen Verspanneinrichtungen erzielbar war. Bei einem Ausführungsbeispiel konnte eine Kraft von etwa einer Tonne erzeugt werden, was ausreichend ist, um eine Schaufelbewegung auch im Leerlauf zu vermeiden. Die Schiene 56 unter dem Klotz $h und dem Abstandshalter 52 verteilt die Belastung durch den Abstandshalter gleichmäßig über einen großen Bereich der Rotorscheibe 12, so daß eine Abnutzung der Bodenfläche kk des Schlitzes 32 trotz der großen radial wirkenden Kräfte vermieden wird. Der Radius der gebogenen Fläche 96 des Abstandshalters 52 sollte ausreichend groß sein, um auch eine Abnutzung an der Unterseite 20 des Schaufelfußes 18 zu verhindern.

Wenn der Abstandshalter 52 auf die vorerwähnte Weise in die mehr geradlinige Form gebogen ist (Fig. 10), dann wird der Abstandsklotz $Κ in den verbliebenen Spalt 112 unter dem vorderen Ende des Abstandshalters 52 in die Rille 82 der Schiene 56 eingeschoben, bis dessen Anschlagfläche 113 an der Anschlagfläche 38 auf der Vorderseite 28 der Rotorscheibe 12 anliegt. Wenn man nun am Werkzeug 120 die Spannwirkung abbaut, dann möchte der Abstandshalter 52 in seine mehr gebogene Ursprungsgestalt zurückkehren. Dies wird aber von dem Abstandsklotz 5^» speziell von dessen Keilabschnitt 104, verhindert, der den Abstandshalter 52 in seinem gespannten Zustand hält (Fig. 6).

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Der Abstandsklotz 54 wird in seiner axialen Lage gegenüber den Haltestäben 48 und 50 mittels der Schraube 58 gesichert, die durch die Bohrungen 78 und 110 geführt und ihrerseits durch eine Mutter 6o gesichert wird.

Die Demontage der Verriegelungseinrichtung vollzieht sich im wesentlichen in der umgekehrten Reihenfolge. Nach dem Entfernen der Schraube 58 wird das Werkzeug 120 herangezogen, um das vordere Ende des Abstandshalters 52 anzuheben, so daß der Abstandsklotz 5^ leicht aus der Rille 82 der Schiene herausgezogen werden kann. Eine Rille 134 an der Unterseite des Klotzes 54 ermöglicht es, einen Haken od.dgl. anzusetzen, um das Herausziehen des Klotzes zu erleichtern. Sodann wird der Abstandshalter 52 durch Nachgeben am Werkzeug 12Q entspannt« In entspanntem Zustand kann er dann mit Hilfe eines Hakens od.dgl», der in die Rille 118 eingreift, ausgezogen werden,, Sodann werden die Schiene 56 und schließlich die Haltestäbe 48 und 50 aus dem Schlitz 32 herausgezogen* Die Schaufel 10 kann nun in der eingangs erwähnten Weise von der Rotorscheibe gelöst werden.

Bei der Herstellung von Turbomaschinen ist es im allgemeinen üblich, zusammenwirkende Teile nur innerhalb akzeptabler Toleranzen feinzubearbeiten. Im vorliegenden Fall werden der Schwalbenschwanzfufl 18, der Rotorschlitz 32 und die ilaltestäbe 48 und 50 spanabhebend so bearbeitet₉ daß sich eine leicht lose Passung zwischen diesen Teilen ergibt mit der Folge, daß die Rotorschaufel 10 eine leichte radiale und WinkeIbewegung ausführen kann, die dazu neigen würde, Abnutzung am Schaufelfuß oder an der Rotorscheibe oder an beiden hervorzurufen. Durch die Verwendung des verbesserten Abstandshalters 52 und des Abstandsklotzes 54 wird jedoch, eine Vorspannung aufgebracht, die solche radiale und Winkelbewegungen, ausschließen.« Diese Vorspannung wird hier durch Verbiegen anstatt durch Zusammen-

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drücken, wie es früher üblich war, erzeugt. Der Einsatz der Erfindung erlaubt es somit, größere Fertigungstoleranzen zuzugestehen. Die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung ist auch an Turbomaschinen nachträglich anbringbar, bei denen sich ein größeres Spiel zwischen Rotorschaufeln und Rotorscheiben aufgrund von Abnutzung bereits eingestellt hat.

Es sei betont, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel auch abgewandelt werden kann, insbesondere kann es auch möglich sein, die Schiene 56 wegzulassen, so daß der Abstandshalter 52 sich direkt am Boden hh des Rotorschlitzes 32 abstützt.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Vorspannung am Abstandshalter aufgebracht werden kann, ohne daß ein Keilelement od.dgl. eingeschlagen werden muß, was sonst leicht die Gefahr von Beschädigungen an Schaufelfuß oder Schlitzboden heraufbeschwören würde.

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Claims

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General Electric Company berlin·. dipl.-ins. et. müller-börner

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DIPL.-INQ. EKKEHARD KÖRNER

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Ansprüche

( 1.! Einrichtung zum Verriegeln radial vorstehender Schaufeln an einem Rotor, vobei jede Schaufel mit ihrem Fuß von schvalbenschwanzförmigem Querschnitt in einen sich axial am Umfang des Rotors von einer Seite zur anderen erstrekkenden Schlitz schwalbenschwanzförmigen Querschnitts eingesetzt ist und zwischen dem Schaufelfuß und dem Schlitzboden ein Zwischenraum verbleibt und Mittel vorgesehen sind, die eine axiale Bewegung des Schaufelfußes im Rotorschlitz verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufel (io) ein gebogener, metallischer Abstandshalter (52) zugeordnet ist, der eine solche Form aufweist, daß er in entspanntem Zustand und ohne Deforeierung von Schaufelfuß (18) und Rotorschlitz (32) in den Zwischenraum (114) zwischen Schaufelfuß (18) und Schlitzboden (kk) einsetzbar ist, und der solche Elastizitätseigenschaften aufweist, daß er nach dem Einsetzen so deformierbar ist, daß er eine radial gegen den Schaufelfuß (18) gerichtete Kraft erzeugt, und daß eine Blockierungseinrichtung (5*0 vorgesehen ist, die unter den Abstandshalter (52) einsetzbar ist und diesen in seiner ihn nach dem Einsetzen gegebenen deformierten Gestalt hält«,

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2. Einrichtung zum Verriegeln radial vorstehender Schaufeln an einem Rotor, wobei jede Schaufel mit ihrem Fuß von schwalbenschwanzförmigem Querschnitt in einem sich axial am Umfang des Rotors von einer Seite zur anderen erstrekkenden Schlitz schwalbenschwanzförmigen Querschnitts eingesetzt ist und zwischen dem Schaufelfuß und dem Schlitzboden ein Zwischenraum verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufel (1O) ein Abstandshalter (52) zugeordnet ist, der eine solche Form aufweist, daß er in undeformiertem Zustand und ohne Deformierung von Schaufelfuß (18) und Rotorschlitz (32) in den Zwischenraum (114) zwischen Schaufelfuß (18) und Schlitzboden (hk) einsetzbar ist, und der eine gewölbte Oberseite (96) aufweist, die radial nach außen gegen den Schaufelfuß (18) drückt, wenn der Abstandshalter (52) nach dem Einsetzen deformiert wird, und daß eine Blockierungseinrichtung (5k) vorgesehen ist, die unter den Abstandshalter (52) einsetzbar ist und diesen in seiner ihn nach dem Einsetzen gegebenen deformierten Gestalt hält.
3. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abstandshalter (52) und dem Schlitzboden (44) eine Lastverteilerschiene (56) angeordnet ist, deren Unterseite (89) dieselbe Kontur aufweist wie der Schlitzboden (44), und daß der Abstandshalter (52) eine gebogene Unterseite (98) aufweist, die in deformiertem Zustand des Abstandshalters (52) gegen die Schiene (56) drückt.
4. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungsei-nrichtung (54) zwischen den Abstandshalter (52) und die Schiene (56) einsetzbar ist.

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5. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter einen gebogenen Mittelabschnitt (90) mit sich daran anschließenden vorderen und hinteren Köpfen (92 bzw. 9*f) größeren Querschnitts aufweist, welch letztere aus dem Schlitz (32) hervorstehen und einander zugekehrte Anschlagflächen (lOO bzw« 102) aufweisen, von denen die eine (102) an der Schiene (56) anliegt und diese überlappt und die andere (1ÖO) an einer Stirnseite (74) des Schaufelfußes (i8) anliegt und diese überlappt, wenn der Abstandshalter (52) deformiert ist.
6. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungseinrichtung (54) aus einem Klotz mit einem Keilabschnitt (1O4) zum Einsetzen unter den Abstandshalter (52) und einem Kopf (106) mit Anschlagfläche (i13) zum Anliegen und Überlappen am Rotor (12) besteht.
7· Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (6k,66) zum Verhindern einer axialen Bewegung des Schaufelfußes (18) im Rotorschlitz (32) vorgesehen sind.
8. Verriegelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (58,60) zum Sichern der Blockierungseinrichtung (5^) vorgesehen sind.
9. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Höhe des Abstandshalters (52) geringer als der radiale Abstand zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Schlitzboden (kk) ist, wenn der Abstandshalter undeformiert ist.

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10. Verriegelungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich (90) des Abstandshalters (52) in seinen radialen Abmessungen vom hinteren zum vorderen Ende hin abnimmt und daß der Keilabschnitt (1O4) des Abstandsklotzes (5*0 unter das vordere Ende des Abstandshalters (52) eingesetzt ist.

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