DE4430636C2 - Einrichtung zur Laufschaufelfixierung und zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken - Google Patents
Einrichtung zur Laufschaufelfixierung und zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von GasturbinentriebwerkenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Laufschaufelfixie
rung und zur Beseitigung von Rotorunwuchten bei axial durchströmten
Verdichtern oder Turbinen von Gasturbinentriebwerken gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-PS
4,300,773 bekannt. Der bekannte Fall behandelt die jeweils gleich
zeitige axiale Sicherung der Laufschaufeln und von Füllstücken über
ein Sicherungsblech, wobei die Füllstücke jeweils radial unterhalb des
Sicherungsbleches im Axialspalt zwischen Fußende und Nutgrund axial
festgelegt sind. Für jede Axialnut wird ein Füllstück erforderlich,
wobei gegebenenfalls ein oder mehrere Füllstücke bedarfsweise in ein
Füllstück mit einer spezifisch abgestimmten Wuchtmasse einwechselbar
sind.
Der bekannte Fall setzt ein gewisses Einbau-Spiel zwischen gegen
seitigen Auflageflächen der Fuß-Nut-Verzahnungen voraus, wodurch sich
insbesondere in Kombination mit einer radial äußeren Deckbandver
spannung und -Abstützung der Laufschaufeln Probleme bei der Beseitigung
von Rotorunwuchten ergeben; diese Probleme am montierten Laufrad re
sultieren aus am Umfang unterschiedlichen Sitzpositionen der Lauf
schaufeln. Die aus den örtlich unterschiedlichen bzw. nicht genau de
finierbaren Schaufelsitzpositionen resultierenden Scheibenunwuchten
können selbst durch mehrfache und oft zeitraubende Wuchtvorgänge
nicht beherrscht werden.
Schon vorgeschlagene Nietsicherungen für die Laufschaufeln am Laufrad
sind ebenfalls mit der zuvor genannten Problematik behaftet. Sie haben
ferner den Nachteil eines hohen Montage- und Demontageaufwands. Zudem
besteht die Gefahr der örtlichen Beschädigung der Schaufelfüße und der
Radscheibe, insbesondere beim Lösen der Vernietung. Auch sind derar
tige Vernietungen oftmals mit baulichen Veränderungen, insbesondere an
der Radscheibe bzw. an den Axialnuten verknüpft, woraus wiederum Pro
bleme bezüglich der Bauteilfestigkeit der Radscheibe entstehen kön
nen, die am radial äußeren Umfang extrem hoch belastet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung nach der
eingangs genannten und bekannten Art anzugeben, die bei montierter
Schaufelsicherung einen praktisch spielfreien Sitz der Laufschaufeln
an der Radscheibe bei einfacher und montagefreundlichen Bauweise be
reitstellt und die zugleich einfachst die Beseitigung möglicher Schei
ben bzw. Rotorunwuchten ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils
des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Bei der angegebenen Lösung wird jede Laufschaufel spielfrei mit ihren
fußseitigen An- bzw. Auflageflächen gegen korrespondierende Auflage
flächen der Axialnut im betreffenden Radkranz der Radscheibe gedrückt.
Sämtliche Laufschaufeln befinden sich praktisch in einem jeweils
gleichförmigen statischen Auflage- und Einbauzustand, so daß eine ge
gebenenfalls noch an der Scheibe vorhandene Unwucht- bzw. Restunwucht
eindeutig definierbar und kompensierbar ist. Sofern eine Scheiben
unwucht vorliegt, kann die betreffende spezifisch gewichtlich abge
stimmte Wuchtmasse betriebssicher gegenüber dem Sicherungselement in
der betreffenden Ausnehmung am Schaufelfuß festgelegt werden. Bei ver
gleichsweise einfacher Montage- und Demontagemöglichkeit sind die
Laufschaufeln und das Sicherungselement in axialer Richtung an der
Radscheibe gesichert.
Die radiale Spalthöhe kann zumindest in Richtung auf eine Radkranz- bzw.
Scheibenstirnseite so groß bemessen sein, daß die Wuchtmasse zu
nächst über die eine größere seitliche Spaltöffnung in die Ausnehmung
am Schaufelfuß einsetzbar ist und hierauf das Sicherungselement ver
keilt wird.
Grundsätzlich kann ferner die keilartige Verklemmung zumindest im Sin
ne der Merkmale nach Anspruch 2 oder 3 durchgeführt werden. Eine in
tensive und längs des Schaufelfußes möglichst große und gleichförmige
Flächenpressung ist insbesondere gemäß Anspruch 4 erzielbar, wonach
der Axialspalt und das Sicherungselement hinsichtlich des sich axial
ändernden Spalthöhenverlaufs im wesentlichen keilförmig aufeinander
abgestimmt gestaltet sind.
Gemäß Anspruch 5 kann der keilförmige Verlauf aus jeweils
einseitiger Fußabschrägung relativ zur achsparallelen Endfläche des
Nutgrundes gewonnen werden. Die Axialnut, und damit die Radscheibe
brauchen somit nicht hinsichtlich der Durchführung der Erfindung bau
lich verändert zu werden.
Mit Anspruch 2 und/oder 6 kann das Sicherungselement vergleichsweise
gewichtlich leicht gefertigt werden.
Insbesondere über die Blechsicke (Anspruch 7) ergibt sich bei spezi
fisch geringem Eigengewicht des Sicherungselements eine vergleichs
weise einfache Herstellbarkeit und - soweit erforderlich - zugleich
ein formsteifer Aufbau.
Gute Stütz- und Halteeigenschaften ergeben sich mit dem Sicherungs
element nach Anspruch 7 und 8. Den Stützabschnitten kann eine gewisse
elastische Deformation zugeschrieben werden, um eine möglichst axial
gleichförmig am Schaufelfuß herrschende Flächenpressung im Hinblick
auf Formtoleranzen zu gewährleisten.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, vorgegebene Bauteiltoleranzen
zwischen jeweiligem Fußende und Grund einer Axialnut durch eine vorge
gebene Formauswahl an vorrätigen Sicherungselementen auszugleichen.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielhaft weiter erläu
tert; es zeigen:
Fig. 1 einen gemäß Teilausschnitt im Sinne der Schnittlinie II-II der
Fig. 2 versetzten Axialschnitt eines radial innen und schau
felseitig außen abgebrochenen Radscheibenabschnitts unter Ver
deutlichung einer seitlichen Ansicht des Sicherungselements in
axial und radial fester Anordnung im betreffenden axialen Spalt
zwischen örtlichem Fußende und Grund einer Axialnut der Rad
scheibe,
Fig. 2 einen quermittigen Teilausschnitt der Radscheibe nach Fig. 1
unter örtlich quer und mittig geschnittener Zuordnung des an
einer Axialnut verankerten Schaufelfußes, des betreffenden
Sicherungselements und eines Wuchtgewichts in der örtlichen
Fußausnehmung der Laufschaufel, wobei der axiale Spalt mit
örtlich größerer Bauhöhe als in Fig. 1 dargestellt ist,
Fig. 3 eine im Sinne der Fig. 2 quer und mittig geschnitten darge
stellte erste Abwandlung des Sicherungselements und
Fig. 4 eine im Sinne der Fig. 2 quer und mittig geschnitten darge
stellte zweite Abwandlung des Sicherungselements.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist jeweils eine Laufschaufel 1 mit ihrem mehr
zahnigen Schaufelfuß 2 an einer entsprechend ausgeformten Axialnut E
am Radkranz 4 eine Radscheibe 5 verankert. Zwischen dem Fußende 3,
radial innen, und dem Nutgrund G der Axialnut 3 ist ein axialer Spalt
S belassen, der hinsichtlich der Einbauhöhe - gemäß Fig. 1 von links
nach rechts gesehen - zunehmend gleichförmig etwa keilförmig sich er
weiternd ausgebildet ist. Der keilförmig sich erweiternde Verlauf des
axialen Spalts S ist im vorliegende Fall z. B. durch den Neigungswinkel α
charakterisiert, und zwar zwischen dem scheibenachsparallelen Nutgrund
G und dem hierzu abgeschrägten, radial innen liegenden Ende E des
Schaufelfußes 2. Das abgeschrägte Ende E des Schaufelfußes 2 kann z. B.
durch einen Schrägschliff bereitgestellt werden.
Innerhalb des axialen Spaltes S ist ein über die rechte offene Spalt
seite der Axialnut 3 eingeführtes Sicherungselement 6 keilartig ver
klemmt. Auf diese Weise wird die Laufschaufel 1 spiellos an der Axial
nut 3 festgelegt, wobei entlang gegenseitiger Auflagestellen A
(Fig. 2), zwischen den Fuß- und Nut-Zahnprofilen, ein fester Stützkon
takt ausgebildet ist.
Das Sicherungselement 6 überbrückt mit einem radial äußeren Wandab
schnitt eine im Schaufelfuß 2 enthaltene, einseitig offen Ausnehmung
7, die zur Aufnahme einer spezifisch gewichtlich abgestimmten Wucht
masse 8 ausgebildet ist.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist das Sicherungselement 6 aus einem zumindest
abschnittsweise keilförmig verformten Blechstreifen gefertigt. Dieses
Sicherungselement kann z. B. durch Stanz- oder Prägeverfahren her
gestellt werden. Letzteres gilt insbesondere für die Anfertigung einer
Blechsicke 9, die im wesentlichen die benötigte Keilform bereitstellt,
so daß der Axialspalt S und das Sicherungselement 6 hinsichtlich des
sich einseitig axial ändernden Spalthöheverlaufs im wesentlichen keil
förmig aufeinander abgestimmt gestaltet sind.
Im Beispiel der Fig. 1 und 2 sitzt das Sicherungselement 6 mit seit
lich geradwandigen Abschnitten am Nutgrund G auf. Von den ge
radwandigen Abschnitten ausgehend, ist das Sicherungselement 6 zur
Blechsicke 9 verformt, so daß - gemäß Fig. 2 - ein gegenüber dem Nut
grund G teilweise einseitig offener, etwa trapezförmiger Querschnitt
ausgebildet ist, der auf die örtlich vorhandene Endkontur der Axialnut
3 am axialen Spalt S abgestimmt gestaltet ist.
Gemäß Fig. 1 kann das Sicherungselement 6 an beidseitigen Endbereichen
des axialen Spalts S Stützabschnitte St aufweisen. Die Stützab
schnitte St, zwischen denen sich die Blechsicke 9 erstreckt, können
von gegenüber den geradwandigen Abschnitten abgewinkelt umgebogenen
Blechabschnitten bereitgestellt werden. Ferner enthält das Sicherungs
element 6 endseitig axial offene Trennfugen oder -spalte, so daß seit
lich außen axial von den Stützabschnitten St vorstehende Endteile
E1, E2 laschenartig radial umbiegbar sind, um das Sicherungselement 6
und die betreffende Laufschaufel 1 über den Schaufelfuß 2 axial an der
Radscheibe 5 zu sichern.
Auch ohne die genannten Stützabschnitte St ist die Erfindung durch
führbar, nämlich in Kombination der keilförmigen Sicke 9 mit den la
schenartig umbiegbaren Endteilen E1, E2.
Fig. 3 und 4 verkörpern in Relation zur jeweiligen Axialnut-Konturvor
gabe am axialen Spalt S abgewandelte, hier z. B. über dem Umfang in
sich geschlossene Hohlprofilarten für Sicherungselemente 6′ bzw. 6′′.
Gemäß Fig. 3 weist das Sicherungselement 6′ eine auf die radial innere
Axialnutkontur abgerundet abgestimmte Kontur auf.
In Fig. 4 ist die in sich geschlossene Hohlprofilkontur des Siche
rungselements 6′′ z. B., von oben nach unten gesehen, sich keilförmig
verjüngend auf die radial innere Axialnutkontur am Spalt S abgestimmt
gestaltet.
In Abwandlung der Fig. 1 bis 4 können gemäß der Erfindung bei den Si
cherungselementen zumindest zur Bereitstellung der jeweiligen Keil
form am axialen Spalt S, Vollprofile verwendet werden, die z. B. durch
Walz-, Schmiede- oder Preßverfahren hergestellt sind.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Laufschaufelfixierung und zur Beseitigung von Ro
torunwuchten bei axial durchströmten Verdichtern oder Turbinen von
Gasturbinentriebwerken, bei der die Laufschaufeln (1) mit zahnartig
profilierten Schaufelfüßen (2) an korrespondierend ausgeformten
Axialnuten (3) einer Radscheibe (5) verankert sind, wobei jeweils
zwischen einem Schaufelfußende und dem Grund einer Axialnut (3) ein
Axialspalt (S) belassen ist, in dem ein Sicherungselement (6)
angeordnet ist, das an beiden aus dem Spalt herausragenden Enden
(E1, E2) einander entgegengerichtet gegen Stirnflächen der Radschei
be (5) und eines Schaufelfußes (2) umgebogen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedes Sicherungselement (6) in einem Axialspalt
(S) zwischen dem Nutgrund (G) und dem Schaufelfuß keilartig ver
klemmt ist und dabei eine Ausnehmung (7) überbrückt, die im Schau
felfuß (2) zur Aufnahme einer Wuchtmasse (8) ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche
rungselement (6) abschnittsweise mit in einer axialen Richtung sich
fortlaufend vergrößerndem Bauteilquerschnitt keilförmig gestaltet
ist.
3. Einrichtung hach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Axialspalt (S) mit sich in der einen axialen Richtung fortlaufend
vergrößernder Bauhöhe von relativ zueinander geneigten Endflächen
eines Schaufelfußes (2) und des Nutgrundes (G) keilförmig ausge
bildet ist.
4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Axialspalt (S) und das Sicherungselement
(6) hinsichtlich des sich einseitig axial ändernden Spalthöhenver
laufs im wesentlichen keilförmig aufeinander abgestimmt gestaltet
sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der keil
förmige Verlauf des Axialspaltes (S) jeweils zwischen einer achs
parallelen Endfläche am Nutgrund (G) und der relativ dazu abge
schrägten Endfläche (E) eines Schaufelfußes (2) ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (6) aus einem abschnitts
weise keilförmig verformten Blechstreifen gefertigt ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Siche
rungselement (6) im wesentlichen durch eine Blechsicke (9) keilför
mig gestaltet ist, die, von geradwandigen Abschnitten ausgehend, in
Richtung auf ein Schaufelfußende (E) keilförmig ausgeformt ist,
wobei das Sicherungselement (6) mit den geradwandigen Abschnitten
am Nutgrunde aufsitzt.
8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sicherungselement (6) an beidseitigen Endbereichen des Axialspalts
(S) in Abstimmung auf die örtlich unterschiedliche Einbauhöhe abge
winkelt umgebogene Stützabschnitte (St) für den Schaufelfuß (2)
aufweist, an die sich die über Trennspalte laschenartig umbiegbaren
Enden (E1, E2) des Sicherungselements (6) anschließen.
9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (6, 6′, 6′′) hinsichtlich
des jeweils größeren Teils der Längen-Erstreckung im axialen Spalt
(S) als Hohl- oder Vollprofil auf die örtlich vorgegebene Kontur
der Axialnut (3) am axialen Spalt (S) abgestimmt gestaltet ist.
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