DE3444587C2 - Halteplatte zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe mittels einer Halteplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Halte- oder Abdeckplatte soll eine Axialbewegung der Laufschaufeln, die in Nuten rings um den Umfang der Laufradscheibe angeordnet und demgemäß sowohl gegen eine radiale als auch eine tangentiale Verschiebung gesichert sind, verhindern.

Viele gegenwärtig verwendete Halteplatten zum Halten von Lauf­ schaufeln sind mit Hilfe von Schraubenbolzen an der Laufrad­ scheibe befestigt. Die Schraubenbolzen sind entweder in Gewinde­ löcher eingeschraubt, welche die Laufradscheibe teilweise durch­ dringen, oder greifen durch Löcher hindurch, welche vollständig durch die Laufradscheibe hindurchgehen, wobei Schraubenmuttern am gegenüberliegenden Ende auf die Schraubenbolzen aufgeschraubt sind. Diese Art der Befestigung hat stark belastete Löcher für die Schraubenbolzen in der Laufradscheibe zur Folge.

Andererseits sind Halte- oder Abdeckplatten zum Halten von Laufschaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die ohne solche Schraubverbindungen auskommen, wie zum Beispiel aus der US-PS 4,171,930 und der US-PS 4,304,523, welche die Grundlage der DE-A1-34 44 587 bildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung, welche einen in einer Ringnut der Rotor- oder Laufradscheibe passend eingesetzten geteilten oder geschlitzten Haltering, der federelastisch aufweitbar ist, beinhaltet, so zu verbessern, daß der Haltering auch bei Auftreten großer Zentrifugalkräfte bei schnell laufenden Turbinen besser gegen ein unbeabsichtigtes "aus der Nut"-Springen gesichert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vereinfacht ausgedrückt weist die Laufradscheibe eine erste Ringnut auf, die einen ringförmigen Vorsprung oder Schenkel am inneren Ende der die Schaufeln haltenden Halteplatte auf­ nimmt. Ein geteilter Haltering ist in einer zweiten Ringnut angeordnet, welche die erste Ringnut schneidet, um den ring­ förmigen Vorsprung oder Schenkel zu überlappen und in der Nut in der Laufradscheibe zu befestigen. Ein ringförmiger Verriegelungsteil ist zwischen dem geteilten Haltering und der die Schaufeln haltenden Halteplatte angeordnet, um die Halteplatte auf der Laufradscheibe zu verriegeln oder zu halten, indem verhindert wird, daß sich der geteilte Halte­ ring während der Drehung aufgrund von Zentrifugalkräften oder anderen Krafteinwirkungen entfernt.

Besondere Vorteile ergeben sich durch das Vorsehen der Merkmale nach Anspruch 3. Der Ringflansch oder -vorsprung verringert in starkem Maße die Neigung eines Ringes mit gleichförmigen Querschnitt, unter Belastung aus einer Nut heraus­ zufallen, indem eine Gegenkraft am Ring angelegt wird.

Dies ermöglicht in Zusammenwirken mit dem ringförmigen Verriegelungsteil die Ausbildung einer Haltevorrichtung für die die Laufschaufeln haltende Abdeck- oder Halteplatte, die positiv, d. h. selbsttätig sichernd und gleichmäßig aber niedrig belastet ist, und die ferner einfach installiert und demontiert werden kann.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil einer Turbinen­ stufe einer Gasturbinenanlage,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch die erfindungs­ gemäße Befestigungsvorrichtung mit der die Schaufeln haltenden Abdeckplatte,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Beziehung zwischen den Schaufelfüßen, der Laufradscheibe und dem äußeren ringförmigen Ende der die Schaufeln haltenden Platte.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt eine Laufrad­ anordnung 10 einer Gasturbinenanlage dar. Die Laufradanordnung 10 weist ein Laufrad 12 auf, das eine Laufradscheibe mit einer Vielzahl von Schaufeln 16 besitzt. Die Schaufeln 16 sind in einem gegenseitigen Abstand rings um den Umfang 17 der Lauf­ radscheibe 14 angeordnet. Jede Schaufel 16 weist ein Blatt 18, einen Fuß 20 und eine Plattform 21 auf. Jede Schaufel 16 besteht aus einem Stück. Der Fuß 20 kann ein herkömmliches tannenbaum­ artiges Ende 22 aufweisen, das in einer ähnlich geformten tannen­ baumartigen Nut 24 angeordnet ist. Eine Vielzahl von Nuten 24 ist rings um den Umfang 17 der Laufradscheibe 14 vorgesehen. Die Nuten 24 verlaufen axial durch die Laufradscheibe 14 von der vorderen Stirnfläche 26 zur hinteren Stirnfläche 28. Die Nuten 24 sind zwischen Nasen 27 ausgebildet.

Die Laufradscheibe 14 ist an einer nicht dargestellten Welle mit Hilfe von herkömmlichen, ebenfalls nicht dargestellten Ein­ richtungen befestigt. Die Achse der Welle ist die Achse der Gasturbinenanlage, um welche sich die Laufradanordnung 10 dreht.

Die Rotoranordnung 10 weist eine ringförmige Halte- oder Ab­ deckplatte 30 auf, die an der vorderen Stirnseite der Laufrad­ scheibe 14 befestigt ist. Das radial innen liegende ringförmige Ende der Halteplatte 30 weist einen axial nach hinten verlau­ fenden, zylindrischen Flansch 32 auf, der eine nach außen weisende zylindrische Fläche 34 und eine nach innen weisende zylindrische Fläche 35 hat. Die vordere Stirnseite der Laufradscheibe 14 weist einen ersten, axial nach vorne verlaufenden ringförmigen Abschnitt 36 mit einer nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 auf. Die nach außen weisende, zylindrische Fläche 34 ist mit der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 dicht gepaart, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln radial zur Lauf­ radscheibe 14 auszurichten. Die vordere Stirnseite der Laufrad­ scheibe 14 weist einen zweiten, axial nach vorne verlaufenden, ringförmigen Abschnitt 37 auf, der radial innerhalb des ring­ förmigen Abschnittes 36 liegt. Der ringförmige Abschnitt 37 besitzt eine nach außen weisende zylindrische Fläche 61, die der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 38 zugekehrt ist.

Die hinteren Enden der zylindrischen Flächen 38 und 61 fluchten und sind über eine Ringfläche 43 miteinander verbunden, um eine nach vorne weisende Ringnut A zu bilden. Der axial nach hinten verlaufende, zylindrische Flansch 32 hat an seinem rückwärtigen Ende einen radial nach innen verlaufenden Ringflansch 47, der vom rückwärtigen Ende der nach innen weisenden, zylindrischen Fläche 34 ausgeht. Der radial nach innen verlaufende Ringflansch 47 hat eine innere Endfläche 49, eine nach hinten weisende Ringfläche 51 und eine nach vorne weisende Ringfläche 52. Die innere Endfläche 49 bzw. die Innenumfangsfläche 49 des Ring­ flansches 47 ist dem hinteren Teil der nach außen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnitts 37 zugekehrt, wäh­ rend die nach hinten weisende Ringfläche 51 mit der Ringfläche 43 in Berührung steht, um die Halteplatte 30 für die Schaufeln axial zur Laufradscheibe 14 auszurichten.

Um den nach innen verlaufenden Ringflansch 47 zusammen mit dem Rest der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschaufeln an Ort und Stelle zu halten und zu verriegeln, ist eine Ringnut 70 in der nach außen weisenden zylindrischen Fläche 61 des Ringabschnittes 37 vorgesehen. Die Ringnut 70 hat einen recht­ eckigen Querschnitt mit vorderen und hinteren Ringflächen B und C und einer Bodenfläche D. Die hintere Ringfläche C ist im Ringabschnitt 37 vorgesehen, um die zylindrische Fläche 61 in Flucht mit der nach vorne weisenden Ringfläche 52 des Ringflansches 47 zu schneiden, wenn der Ringflansch 47 seine richtige Stellung einnimmt.

Ein geteilter oder geschlitzter Haltering 39 ist in der ringförmigen Nut 70 aufgenommen, wobei hierzu der federelastische Haltering 39 durchmessererweitert wird, um diesen über die zylindrische Fläche 61 zu führen und dann freigegeben wird, damit er in seine Auslegungsgröße zurückfedert und mit der vorderen und hinteren Ringfläche B bzw. C der ringförmigen Nut 70 in gleitendem Eingriff steht, während er von der Bodenfläche D der ringförmigen Nut 70 einen kleinen Abstand hat. Der entspannte, geteilte Haltering 39 steht aus der Ringnut 70 nach außen vor, wobei die hintere vorstehende Ringfläche die nach vorne weisende Ringfläche 52 des Ringflansches 47 berührt. Die vordere, vorstehende Seite des geteilten Halterings 39 hat einen nach vorne verlaufenden zylindrischen Abschnitt 39 A, dessen nach innen weisende zylindrische Fläche 39 B mit dem vorderen Teil der zylindrischen Fläche 61 in Eingriff steht. Dieser zusätzliche Abschnitt 39 A hat die Aufgabe, der Neigung des geteilten Halterings 39 nach vorne aus der Nut 70 herauszurollen entgegen zu wirken, wenn sich das Laufrad während des Betriebes dreht und eine axial nach vorne gerichtete Last vom Flansch 47 auf die Fläche C ausge­ übt wird, da der Abschnitt 39 A bei einer Drehung eine Zentri­ fugalkraft hat, die eine Gegenkraft auf den geteilten Haltering 39 ausübt, um den Haltering 39 in einer Richtung zu drehen, die der nach vorne gerichteten Rollbewegung entgegengesetzt ist.

Der geteilte Haltering 39 hat eine nach außen weisende zylin­ drische Fläche 79, die der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 für die Laufschau­ feln zugekehrt ist. Um zu verhindern, daß der geteilte Halte­ ring 39 aufgrund der Zentrifugalkraft oder aufgrund irgendeiner anderen Krafteinwirkung in unerwünschter Weise aus der Ring­ nut 70 herauskommt, wird ein ringförmiger Vorsprung des Verriegelungs­ teils 80 zwischen der nach innen weisenden zylindrischen Fläche 35 der ringförmigen Halteplatte 30 und der nach außen weisenden zylin­ drischen Fläche 79 des geteilten Halterings 39 angeordnet. Der ringförmige Vorsprung ist an einem ringförmigen Gehäuse­ element 40 befestigt, das an einem zylindrischen Abschnitt 37A am Außenende des nach vorne verlaufenden Ringabschnittes 37 befestigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der mittlere Abschnitt des ringförmigen Gehäuseelementes 40 in der Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet. Die Labyrinthdichtung hat eine Vielzahl von herkömmlichen, nach außen verlaufenden Messer­ schneiden 41, die in einer dichtenden Beziehung mit einem orts­ festen, ringförmigen Dichtkörper 43 stehen, der an einem orts­ festen Bauteil 45 befestigt ist. Obgleich das ringförmige Ge­ häuseelement 40 nach der Darstellung in Fig. 1 mit Hilfe der zu­ sammenpassenden Ringflansche 42 und 42A am zylindrischen Ab­ schnitt 37A befestigt ist, können auch andere Befestigungsein­ richtungen verwendet werden. Bei der hier dargestellten Ausfüh­ rungsform werden die Flansche 42 und 42A von Schraubenbolzen 44 zusammengehalten.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist auch ein axial nach vorne verlaufendes zylindrisches Dichtungselement 46 auf, das mit der Halteplatte 30 aus einem Stück besteht. Das Dichtungselement trägt eine Vielzahl von herkömmlichen, radial nach außen ver­ laufenden Messerschneiden 48. Die Messerschneiden 48 stehen mit einem ortsfesten, ringförmigen Dichtkörper 50 in einer dichtenden Beziehung. Der Dichtkörper 50 ist am ortsfesten Bauteil 45 befestigt. Das ortsfeste Bauteil 45 arbeitet mit einer ersten Stufe von Leitschaufeln 54 eines Stators zusammen. Die Leitschau­ feln 54 sind stromauf der Laufschaufeln 16 angeordnet.

Die ringförmige Halteplatte 30 weist ferner einen kegelstumpf­ förmigen Abschnitt 56 auf, der radial nach außen in Richtung der Strömung verläuft. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 56 hat ein radial außen liegendes Ende 58. Das Ende 58 weist eine Ring­ fläche 60 auf, die in axialer Richtung stromab ausgerichtet ist. Die Ringfläche 60 stützt sich an der vorderen Stirnfläche der Laufradscheibe 14 und an den vorderen Enden der Schaufelfüße 20 ab. Eine Dichteinrichtung 68 kann in der Ringfläche 60 vorge­ sehen sein. An der hinteren Stirnseite des Laufrades 12 kann irgendeine Einrichtung 90 zum Halten der Schaufeln vorgesehen sein. Eine vereinfachte Abdeckplatte 90 zum Halten der Schaufeln ist in Fig. 1 gezeigt. Die Abdeckplatte 90 ist zwischen der hinteren Stirnfläche 28 der Laufradscheibe 14 und den hinteren Enden der Schaufelfüße 20 und einem Abstandshalter 92 ange­ ordnet.

Die Dichtungselemente 40 und 46, die ringförmige Halteplatte 30 und das ortsfeste Bauteil 45 begrenzen eine innere, ringförmige Kammer 62, die mit Kühlluft aus einer Vielzahl von Düsen 63 ge­ speist wird, die längs des Umfanges in Abstand angeordnet sind. Die ringförmige Halteplatte 30 steht zwischen ihren inneren und äußeren Enden in Abstand von der vorderen Stirnfläche 26 der Laufradscheibe 14 und begrenzt einen ringförmigen Kühlluftraum 64. Der Kühlluftraum 64 steht über große Löcher 66 in der Halteplatte 30 mit der Kammer 62 in Verbindung und stellt in Wirklichkeit einen Teil der Kammer 62 dar. Die Kühlluft aus dem Raum 64 kann für eine Verwendung stromab der Laufradscheibe 14 durch die Laufradscheibe 14 hindurchgeführt oder zum Kühlen der Schaufeln 16 verwendet werden.

Obgleich die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels beschrieben worden ist, liegt es für einen Durchschnitts­ fachmann auf der Hand, daß verschiedene Änderungen in der Form und in der Einzelgestaltung vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Befestigung einer Halteplatte zum axialen Festhalten von Laufschaufeln an einer Laufradscheibe,
mit einer Laufradscheibe (14), die eine axial seitlich weisende Ringnut (A) aufweist, wobei die Ringnut (A) eine axial seitlich weisende Bodenfläche (43), eine radial nach innen weisende zylindrische Seitenfläche (38), eine radial nach außen weisende zylindrische Seitenfläche (61) und eine in der radial nach außen weisenden zylindrischen Seitenfläche (61) eingelassene ringförmige Nut (70) besitzt, mit einer Halteplatte (30), die rotorscheibenseitig einen von der Halteplatte (30) mit Abstand gehaltenen Ringflansch (47), der eine von der Laufradscheibe wegweisende Ringfläche (52) und eine zur Laufradscheibe weisende Ringfläche (51) aufweist, und eine radial nach außen weisende zylindrische Fläche (34), die sich radial außen an den Ringflansch (47) anschließt, besitzt, wobei die radial nach außen weisende zylindrische Fläche (34) der Halteplatte (30) in Eingriff mit der radial nach innen weisenden zylindrischen Fläche (38) der zur Halteplatte (30) weisenden Ringnut (A) der Laufradscheibe (14) steht,
und mit einem geschlitzten Haltering (39), der in der ringförmigen Nut (70) in der radial nach außen weisenden zylindrischen Seitenfläche (61) der Ringnut (A) positioniert ist und von der zylindrischen Seitenfläche (61) in die Ringnut (A) hineinragend hervorsteht, wo er in Eingriff mit der von der Laufradscheibe wegweisenden Ringfläche (52) des Ringflansches (47) steht, wodurch der Ringflansch (47) in der Ringnut (A) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Nut (70) in der radial nach außen weisenden Seitenfläche (61) mit Abstand in Richtung zur Halteplatte hin von der axial seitlich weisenden Bodenfläche (43) der Ringnut (A) ausgebildet ist, daß die zur Laufradscheibe weisende Ringfläche (51) des Ringflansches (47) der Halteplatte (30) an der axial seitlichen, zur Halteplatte weisenden Bodenfläche (43) der Ringnut (A) anliegt, und daß ein Verriegelungsteil (80) zwischen dem geschlitzten Haltering (39) und der Halteplatte (30) positioniert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatte (30) eine radial nach innen weisende zylindrische Fläche (35) aufweist, die radial weiter außen angeordnet liegt als die in der radial nach außen weisenden Seitenfläche (61) eingelassene ringförmige Nut (70), daß der in der ringförmigen Nut (70) aufgenommene geschlitzte Haltering (39) eine radial nach außen weisende zylindrische Fläche (79) besitzt, und daß der Verriegelungsteil (80) zwischen der radial nach außen weisenden zylindrischen Fläche (79) des geschlitzten Halterings (39) und der radial nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) anliegend positioniert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der radial nach außen weisenden zylindrischen Seitenfläche (61) eingelassene ringförmige Nut (70) diese Seitenfläche (61) der Ringnut (A) in eine näher zur Halteplatte gelegenen zylindrischen Teilfläche und eine von der Halteplatte weiter weg angeordnete zylindrische Teilfläche zweiteilt, und daß der geschlitzte Haltering (39) einen zur Halteplatte weisenden Ringflansch (39A) an einem radial außenliegenden Bereich besitzt, der in Eingriff mit der näher zur Halteplatte gelegenen zylindrischen Teilfläche der Seitenfläche (61) der Ringnut (A) steht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsteil (80) ein Ringteil ist, der zwischen der radial nach außen weisenden zylindrischen Fläche (79) des geschlitzten Halterings (39) und der radial nach innen weisenden zylindrischen Fläche (35) der Halteplatte (30) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsteil (80) durch Befestigungsmittel (44) an der Laufradscheibe (14) gehaltert ist.