DE3341871C2 - - Google Patents
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- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Axialverdichter gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein bekannter Axialverdichter besitzt Leitschaufeln, die
auf dünnen Tragring-Segmenten zu jeweils zwei Leitschau
felreihen angeordnet und offenbar durch Vernietung der
Leitschaufelfüße befestigt sind. Das Einhalten der ge
forderten genauen Ausrichtung der Leitschaufeln ist
durch diese Befestigungsart im Zusammenhang mit den dün
nen Tragring-Segmenten erschwert und ein Austausch ein
zelner Leitschaufeln nur mit großem Aufwand durchführ
bar. Da zudem die Leitschaufelreihe in nur zwei Segmente
unterteilt ist, die demnach einen Zentriwinkel von 180°
Grad aufweisen, ist das Einhalten der geforderten radia
len Ausrichtung noch weiter erschwert und zusätzlich der
Einbau dieser großen Segmente in die zugeordneten Ring
nuten aufwendig, was insbesondere für Axialverdichter
hoher Leistung zutrifft, deren Leitschaufelreihen einen
entsprechend großen Durchmesser aufweisen.
Ein Axialverdichter der eingangs genannten Art ist aus
der GB-PS 7 16 391 bekannt geworden. Zur Fixierung der
Segmente ist ein Schraubenbolzen vorgesehen, der in eine
in Längsrichtung verlaufende Nut am Segment eingreift.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Axialverdichter der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Einbrin
gen der die Leitschaufeln tragenden Segmente in die vor
gesehenen Ringnuten sowie deren sichere Befestigung
leicht durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Aufgrund der Aufteilung der Segmente in Teilsegmente mit
einem Zentriwinkel von 20° bis 60° vorzugsweise von 30°
bis 45° erweist sich der radial nach innen ausgerichtete
und Federbelastung in eine zugeordnete Öffnung des Seg
mentes eingreifende Haltestift besonders vorteilhaft für
eine Sicherung und trotzdem leicht lösbare periphere
Fixierung der Segmente. Insgesamt wird durch die erfin
dungsgemäße Ausbildung eine vereinfachte Herstellung mit
leichter Montage bzw. Demontage vereint, so daß der Ge
samtaufwand gering ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin,
daß die Leitschaufelfüße in Nuten, die sich über die
gesamte axiale Breite der jeweils nur die Leitschaufeln
einer einzigen Leitschaufelreihe tragenden Segmente er
strecken, in radialer und peripherer Richtung form
schlüssig und lösbar befestigt und durch Anlage an die
Flanken der Ringnut in axialer Richtung arretiert sind,
und daß die Segmente jeweils einen Zentriwinkel von 20°
bis 60°, vorzugsweise 30° bis 45°, aufweisen und durch
mindestens je einen Haltestift, der im Grund der Ringnut
angeordnet und radial nach innen ausgerichtet ist sowie
durch Federbelastung in eine zugeordnete Radialöffnung
des Segmentes eingreift, in peripherer Richtung fixiert
sind.
Durch diese Art der Befestigung der Leitschaufeln in den
Segmenten ist die streng radiale Ausrichtung der Leit
schaufeln nicht gefährdet bei gleichzeitiger einfacher
Austauschbarkeit einzelner Schaufeln. Da die in radialer
und peripherer Richtung formschlüssige Festlegung der
Leitschaufeln in den Segmenten eine radiale Wandstärke
dieser Segmente bewirkt, welche für die Aufnahme der den
Formschluß bewirkenden Profilierungen ausgelegt ist, er
gibt sich bei der üblichen Form solcher Profilierungen
eine radiale Wandstärke der Segmente, die gute Steifig
keit und geringe Verformung während des Betriebs zur
Folge hat. Hierdurch lassen sich die im Betrieb auftre
tenden Schaufelschwingungen genauer vorausberechnen und
durch geeignete konstruktive Maßnahmen so legen, daß
keine Resonanzerscheinungen auftreten. Durch die Be
schränkung des Zentriwinkels der Segmente auf 20° Grad
bis 60° Grad, vorzugsweise 30° Grad bis 45° Grad, ist
deren Bearbeitung und Montage oder Demontage ohne
Schwierigkeiten durchzuführen. Hierbei erweist sich der
radial nach innen ausgerichtete und durch Federbelastung
in eine zugeordnete Öffnung des Segmentes eingreifender
Haltestift besonders vorteilhaft für eine sichere und
trotzdem leicht lösbare periphere Fixierung der Segmen
te. Insgesamt gesehen, wird durch die erfindungsgemäße
Ausbildung vereinfachte Herstellung mit leichter Montage
bzw. Demontage vereint, so daß der Gesamtaufwand gering
ist.
Um die Festlegung der Leitschaufelfüße in den Nuten so
wie die Ausbildung der Leitschaufeln zu vereinfachen,
ist es empfehlenswert, daß jede Nut entsprechend der
Schrägstellung der zugehörigen Leitschaufel, bezogen auf
eine die Längsachse enthaltende Ebene, schräg im Segment
verläuft.
Für die formschlüssige Festlegung der Leitschaufelfüße
in den Segmenten stehen dem Fachmann verschiedene Mög
lichkeiten zur Verfügung. Eine besonders empfehlenswerte
Festlegung, die Einfachheit mit Sicherheit verbindet,
kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin be
stehen, daß jeder Leitschaufelfuß hammerkopfartig ausge
bildet und in der entsprechend geformten Nut gehalten
ist.
Eine andere sich günstig auf die Festlegung der Leit
schaufeln auswirkende Ausgestaltung der Erfindung kann
darin bestehen, daß jede Leitschaufel durch mindestens
eine am radialen Ende des Leitschaufelfußes in einer
Bohrung geführte Schraubenfeder radial nach innen ge
drückt ist. Die Schraubenfeder stützt sich hierbei am
Grund der Nut ab.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung
kann darin bestehen, daß die Leitschaufelreihe an der
Peripherie ihrer Tragring-Segmente eine ringförmige Um
fangsnut aufweist, die durch den Bereich der Radial
öffnungen der einzelnen Segmente verläuft und eine sol
che Tiefe besitzt, daß zwischen dem Grund der Umfangsnut
und dem Radialstift ein Keil einschiebbar ist zum Her
ausdrücken der Haltestifte aus den Radialöffnungen.
Hierdurch ist es möglich, für den Ausbau der Trag-Seg
mente deren periphere Fixierung auf einfache Weise auf
zuheben.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eines Ausführungs
beispieles im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Axialverdichters in
teilweise geschnittener Seitenansicht,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1
entsprechend der Schnittlinie II-II in anderem
Maßstab,
Fig. 3 einen peripheren Schnitt gemäß der Schnitt
linie III-III, wobei die Schnittfigur in die
Zeichenebene abgewickelt ist,
Fig. 4 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3
gemäß der Schnittlinie IV-IV in etwas größerer
Darstellung,
Fig. 5 einen Querschnitt durch den Gegenstand der
Fig. 2 gemäß der Schnittlinie V-V in etwas
größerer Darstellung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Gegenstand der
Fig. 2 entsprechend der Schnittlinie VI-VI in
etwas größerer Darstellung und
Fig. 7 die perspektivische Darstellung eines Leit
schaufelfußes als Einzelheit.
Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Axialverdichters in
Seitenansicht dargestellt, wobei der obere Bereich axial
geschnitten ist. Man erkennt das Verdichtergehäuse 10,
das einen oberen halbkreisförmigen Teil 12 sowie einen
unteren ebenfalls halbkreisförmigen Teil 14 aufweist,
der nur bereichsweise dargestellt ist. Beide Teile 12,
14 sind mit radial nach außen gerichteten Flanschen 16
versehen und durch angedeutete Schrauben 18 miteinander
verbunden. Die Trennebene der Teile 12 und 14 verläuft
horizontal und durch die Längsachse 28 des Axialverdich
ters. Die Gasdurchströmung des Axialverdichters erfolgt
von rechts nach links.
Im kreisringförmigen Verdichtergehäuse 10 sind innen
umlaufende Ringnuten 20 mit axialem Abstand eingearbei
tet, in denen die Leitschaufeln 22 gehalten sind, wobei
die Leitschaufeln jeder Ringnut eine peripher umlaufende
Leitschaufelreihe 23 bilden. Zwischen den Leitschaufeln
22 sind die Laufschaufeln 24 angeordnet und auf einer
Welle 26 befestigt, deren Längsachse 28 angedeutet ist.
Die Leitschaufeln 22 sind nicht direkt in den Ringnuten
20, welche im dickwandigen Verdichtergehäuse 10 eingear
beitet sind, angeordnet, sondern es sind Tragring-Seg
mente 30 formschlüssig in den Ringnuten 20 fixiert und
die Leitschaufeln 22 ihrerseits ebenfalls formschlüssig
an den Tragring-Segmenten befestigt.
In Fig. 1 erkennt man noch die Umfangsnuten 32, die an
den Umfangsflächen der Tragring-Segmente 30 eingearbei
tet sind. Die Nuten haben hierbei rechteckförmigen Quer
schnitt. Einzelheiten über diese Umfangsnuten 32 sowie
über die Befestigungsart der Leitschaufeln sind in den
folgenden Figuren besser zu erkennen.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie
II-II durch Fig. 1, wobei nur ein Ausschnitt der Leit
schaufelreihe 23 dargestellt ist. Man erkennt ein Trag
ring-Segment 30 an das sich weitere Tragring-Segmente zu
einem Tragring anschließen. Zwischen den einzelnen Seg
menten sind hierbei radial verlaufende Ausdehnungsspalte
34 vorgesehen. Die periphere Weite dieser Ausdehnungs
spalte ist so gewählt, daß bei den vorgegebenen Be
triebsbedingungen eine spannungsfreie periphere Aus
dehnung der Tragring-Segmente möglich ist. Der Zentri
winkel dieser Tragringsegmente liegt zwischen 20°
und 60°. Jedoch ist zu beachten, daß sich eine Auftei
lung des Tragringes in Segmente solcher Größe ergibt,
daß diese sich nicht über die Trennfuge zwischen den
beiden Flanschen 16 hinaus von einem Teil, z. B. 12, ins
andere Teil, z. B. 14, erstrecken. Hierdurch wäre näm
lich der Zusammenbau der Gehäuseteile erschwert.
Jedes Segment 30 weist zwischen zwei benachbarten Leit
schaufeln an seiner peripher verlaufenden Umfangsfläche
eine Radialöffnung 36 in Form einer radial verlaufenden
Sacklochbohrung auf. In diese Radialöffnung 36 greift
ein im Profil angepaßter radial verlaufender Haltestift
38 ein. Dieser Haltestift ist in einer entsprechenden
Bohrung des Verdichtergehäuses 10 geführt und durch eine
Schraubenfeder 40 radial nach innen beaufschlagt. Um
hierbei die Gesamtlänge der Bohrung zu verkürzen, weist
der Haltestift 38 ebenfalls ein Sackloch auf, in das die
Schraubenfeder 40 eingreift. Durch den Haltestift 38
wird das Tragring-Segment 30 in peripherer Richtung fi
xiert. Die Haltestifte 38 jeder Leitschaufelreihe 23
sind auf einer Radialebene angeordnet. Weitere Einzel
heiten über die Anordnung sind Fig. 5 zu entnehmen, wel
che einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie V-V
zeigt.
Um die periphere Fixierung der Segmente 30 im Falle ei
ner Demontage aufheben zu können, weisen die Segmente 30
jeder Leitschaufelreihe die peripher umlaufende Umfangs
nut 32 auf. Diese Umfangsnut weist ein rechteckförmiges
Profil auf und verläuft durch den Bereich der Radialöff
nungen 36 der Segmente 30 und hat eine solche radiale
Tiefe, daß zwischen dem Grund der Umfangsnut 32 und dem
radialen Ende des Haltestiftes 38 ein Keil eingeschoben
und hierdurch der Haltestift aus dem Segment geschoben
werden kann, so daß dieses frei ist. Ein solcher in den
Figuren nicht dargestellter Keil wird vom peripheren
Ende eines Segmentes in die Umfangsnut 32 eingeschoben.
Aus dem Querschnitt gemäß Fig. 5 ist die formschlüssige
radiale und axiale Festlegung des Tragring-Segmentes 30
im Axialverdichtergehäuse 10 deutlich zu erkennen. Jedes
Segment 30 weist ungefähr einen rechteckförmigen Quer
schnitt auf, dessen axiale Länge auf die Länge der Leit
schaufelfüße und dessen radiale Wandstärke auf die Pro
filierungen der Leitschaufelfüße abgestimmt ist. Zur
axialen Führung des Segmentes 30 liegen seine Seiten
flächen 42 an den Flanken 44 der Ringnut 20 an. Für die
radiale Fixierung und Führung weist die Ringnut 20 in
der Nähe des Nutgrundes axial verlaufende und in den
Innenraum der Nut zeigende ringförmige Vorsprünge 46
auf. Diese Vorsprünge 46 greifen in entsprechend geform
te ringförmige Ausnehmungen der Segmente 30 ein, so daß
die Segmente 30 in radialer Richtung formschlüssig durch
Hintergriff dieser Vorsprünge 46 gehalten sind, wie dies
sehr deutlich aus Fig. 5 zu erkennen ist.
Jedes Segment 30 ist somit durch die Vorsprünge 46 und
die Haltestifte 38 formschlüssig und doch lösbar im Ver
dichtergehäuse 10 festgelegt. Hierbei ist es vorteil
haft, wenn die radialen Endflächen 48 der Segmente 30 am
Grund der Nut 20 anliegen.
Wie aus den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, sind an
jedem Segment 30 mehrere Leitschaufeln 22 befestigt,
deren Anzahl von der Größe des Zentriwinkels , das
heißt von der peripheren Erstreckung des Segmentes, so
wie von der Bauart und Baugröße des Axialverdichters
abhängt. Jede Leitschaufel 22 weist einen Leitschaufel
fuß 50 auf, der gegenüber dem Profil der Leitschaufel
verdickt ist (vergl. auch Fig. 7). Der Leitschaufelfuß
50 ist hammerkopfartig ausgebildet, er weist demnach an
seinem radialen Ende beidseitige Vorsprünge 52 auf, die
sich über die gesamte axiale Länge des Leitschaufelfußes
erstrecken. Jeder Leitschaufelfuß 50 ist in einer zuge
ordneten und zum Innenraum offenen in Richtung der
Längsachse des Axialverdichters verlaufenden Nut 54 ge
lagert. Hierbei liegen die ebenen Seitenwände 56 sowie
die ebenfalls ebene Endfläche 58 des Schaufelfußes an
entsprechenden Wänden der Nut 54 an, so daß im Zusammen
hang mit den Vorsprüngen 52, welche einen Hintergriff
der Nut bilden, jede Leitschaufel 22 formschlüssig und
lösbar in peripherer und radialer Richtung fixiert ist.
Wie weiter aus Fig. 3 zu erkennen ist, verlaufen die
Leitschaufeln in axialer Richtung schräg zu einer Ebene,
die durch die angedeutete Längsachse 28 des Axialver
dichters gelegt ist. Dementsprechend schräg sind auch
die Nuten 54 in die Segmente 30 eingearbeitet, wobei
sich diese Nuten über die gesamte axiale Breite der Seg
mente erstrecken, so daß die Leitschaufelfüße 50 in die
Nuten 54 eingeschoben werden können. Aus Fig. 3 ist auch
zu ersehen, daß sich die in der Draufsicht rhombenförmi
gen Leitschaufelfüße 50 über die gesamte axiale Breite b
des Segments 30 erstrecken, das heißt, die Leitschaufel
füße 50 enden bündig mit dem Segment. Hierdurch liegen
die Leitschaufelfüße 50 mit ihren Enden 60 an den Flan
ken 62 der Ringnut 20 an, so daß die Leitschaufelfüße in
axialer Richtung festgelegt und im Zusammenhang mit der
vorgeschriebenen Festlegung nach allen Richtungen fi
xiert sind.
Hierzu wird noch auf Fig. 4 verwiesen, die einen Quer
schnitt durch den Gegenstand der Fig. 3 gemäß der
Schnittlinie IV-IV zeigt. Man erkennt dort zusätzlich,
daß im Bereich zwischen den beiden gleichweit vorstehen
den Vorsprüngen 46 der Leitschaufelfuß in axialer Rich
tung an beiden Enden verkürzt sein muß, so daß der Leit
schaufelkopf dort eine Stufe 64 aufweist, wie insbeson
dere auch aus Fig. 7 zu erkennen ist. Die beidseitige
axiale Verkürzung des Leitschaufelfußes ist erforder
lich, um das mit Leitschaufeln bestückte Tragringsegment
in die zugeordnete Ringnut einführen zu können, denn die
im Bereich der Vorsprünge 46 liegende Verkürzung schafft
Raum für die Vorsprünge 46.
Die zweite Leitschaufel von links der Fig. 2 weist be
züglich der Befestigung des Leitschaufelfußes eine Va
riante auf. Wie besser aus dem Querschnitt gemäß Fig. 6
zu entnehmen ist, sind in der radialen ebenen Endfläche
58 des Leitschaufelfußes zwei radial verlaufende Sack
lochbohrungen 66 vorgesehen, die bezüglich der Mitten
ebene 68 der Leitschaufeln symmetrisch angeordnet sind.
In diesen Bohrungen 66 sind Schraubenfedern 70 angeord
net, die sich am Grund der Nut 54 abstützen und somit
die Leitschaufeln 22 radial nach innen drücken. Hier
durch ist die Fixierung der Leitschaufeln in radialer
Richtung verbessert. Die Sackloch-Bohrungen 66 sind auch
in Fig. 7 eingezeichnet.
Wie insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, verlaufen
die Seitenwände 56 der Schaufelfüße und dementsprechend
die zugeordneten Nutflächen parallel, auch verläuft die
Endfläche 58 jedes Leitschaufelfußes senkrecht und eben
zur radialen Richtung. Hierdurch ist die Fertigung von
Leitschaufelfuß und zugeordneter Nut wesentlich verein
facht.
Für die Dimensionierung können folgende Richtwerte ange
nommen werden.
Die axiale Breite b der Segmente liegt je nach Maschi
nengröße zwischen 50 mm und 150 mm, wobei die radiale Dicke
40 mm bis 120 mm beträgt. Die Dimensionen der anderen
Bauelemente können insbesondere den Fig. 4 bis 6 entnom
men werden, welche die einzelnen Bauelemente in ungefähr
richtigem Größenverhältnis zeigen.
Claims (5)
1. Axialverdichter, insbesondere für eine Gastur
bine, mit mindestens einer Leitschaufelreihe (23), deren
Leitschaufeln (22) mit Hilfe von Leitschaufelfüßen (50)
an Tragring-Segmenten (30) befestigt sind, die in einer
zugeordneten umlaufenden Ringnut (20) des Verdichterge
häuses (10) festgelegt sind, wobei die Leitschaufelfüße
(50) in Nuten (54), die sich über die gesamte axial
Breite der jeweils nur die Leitschaufeln (22) einer ein
zigen Leitschaufelreihe (23) tragenden Segmente erstrec
ken, in radialer und peripherer Richtung formschlüssig
und lösbar befestigt sind und durch Anlage an die Flan
ken (62) der Ringnut (20) in axialer Richtung arretiert
sind und wobei die Segmente (30) jeweils einen Zentri
winkel von 20° bis 60°, vorzugsweise 30° bis 45°,
aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente
durch mindestens je einen Haltestift (38) , der im Grund
der Ringnut (20) angeordnet und radial nach innen ausge
richtet ist, sowie durch Federbelastung in eine zugeord
nete Radialöffnung (36) des Segmentes (30) eingreift, in
peripherer Richtung fixiert sind.
2. Axialverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Nut (54) entsprechend der Schräg
stellung der zugehörigen Leitschaufel (22), bezogen auf
eine die Längsachse (28) enthaltende Ebene, schräg im
Segment (30) verläuft.
3. Axialverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Leitschaufelfuß (50) hammer
kopfartig ausgebildet und in der entsprechend geformten
Nut (54) gehalten ist.
4. Axialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (22)
durch mindestens eine am radialen Ende des Schaufelfußes
(50) in einer Bohrung (66) geführte Schraubenfeder (70)
radial nach innen gedrückt ist.
5. Axialverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelreihe
(23) an der Peripherie ihrer Segmente (30) eine ringför
mige Umfangsnut (32) aufweist, die durch den Bereich der
Radialöffnungen (36) der einzelnen Segmente (30) ver
läuft und eine solche Tiefe besitzt, daß zwischen dem
Grund der Umfangsnut (32) und dem Haltestift (38) ein
Keil einschiebbar ist zum Herausdrücken der Haltestifte
(38) aus den Radialöffnungen (36).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Owner name: BBC BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
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Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
|
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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