-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Die
Erfindung ist auf eine Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung gerichtet,
die in einem sich axial erstreckenden Spalt zwischen der Turbinenlaufschaufelwurzel-Unterseite
und dem Grund des Eingreifschlitzes installiert ist und zwei Bauteile
aufweist: einen Laufschaufelwurzel-Halteclip und einen Abstandsstab.
-
STAND DER
TECHNIK
-
Turbinenrotoren
weisen eine periphere Anordnung von individuell hergestellten Laufschaufeln auf,
die an der Rotornabe mit eingreifenden Nuten und Laufschaufelwurzeln
angebracht sind. Die Laufschaufeln müssen sicher angebracht sein,
um hohe Drehzahlen, axiale Belastung der Gasströmung und große Temperaturänderungen
während
des Betriebs auszuhalten. Da jedoch Laufschaufeln periodisch während Reparaturen
und Inspektion entfernt werden, sollten Laufschaufelarretiermechanismen
idealerweise für
schnelles Entfernen und Wiederverwenden mit minimaler Beschädigung an
der Nabe und der Laufschaufelwurzel fähig sein.
-
Verschiedene
Arretiereinrichtungen wurden im Stand der Technik vorgeschlagen
und verwendet. In vielen Fällen
benötigen
die Arretiermechanismen ihre eigenen maschinell bearbeiteten und
akkurat passenden Teile, was zur Komplikation der Herstellung und
den Kosten beiträgt.
In manchen Fällen
weisen die Arretiereinrichtungen des Stands der Technik maschinell
bearbeitete Kerben oder andere strukturelle Merkmale auf, die zu
Spannungskonzentrationen in Bauteilen führen können, die bereits hoch belastet
sind. Außerdem
beinhalten manche Laufschaufel-Arretiereinrichtungen und -verfahren
des Stands der Technik die Verwendung von Teilen wie beispielsweise
Nieten, die während
Laufschaufelaustauscharbeiten entfernt und weggeworfen werden müssen. Das Entfernen
birgt das Risiko der Beschädigung
von benachbarten Naben- und Laufschaufeloberflächen und erhöht außerdem die
Gesamtkosten des Befestigungssystems, indem es qualifizierte Arbeitskräfte zur
Installation und Inspektion benötigt und
indem es Ausschuss erzeugt.
-
Beispiele
von üblichen
Rotorlaufschaufel-Arretiereinrichtungen findet man in dem US-Patent
Nr. 2 761 648 an Purvis et al. und dem US-Patent Nr. 3 598 503 an
Muller. Beide dieser Systeme verwenden einen gebogenen Metallblechstab,
der zwischen die Laufschaufelwurzel und den radial inneren Grund
der maschinell bearbeiteten Nut in der Rotornabe eingesetzt ist,
um sicher beide Bauteile miteinander zu verbinden. Andere Beispiele
beinhalten einen Blattfeder-Arretierstab mit einer passenden Nut
in der Laufschaufelwurzel, wie in dem US-Patent Nr. 2 847 187 an
Murphy und US Nr. 5 518 369 an Modafferi gezeigt, was einen einfachen
gebogenen Stab verwendet, der zwischen der Rotornabe und der Unterseite der
Laufschaufelplattformen angeordnet ist.
-
Ein
signifikanter Nachteil der vorangehenden Beispiele des Stand der
Technik ist, dass ein einziges Bauteil verwendet wird, um den Kräften zu
widerstehen, welche die Laufschaufel von der Rotornabe verlagern,
und zum Arretieren der Laufschaufel an der Nabe selbst. Generell
wird die Arretierfunktion ausgeführt
durch Biegen beispielsweise eines Metallblechstabs.
-
Das
Verwenden eines einzelnen Bauteils bringt eine Abwägung zwischen
einem Wunsch nach hoher Festigkeit und nach hoher Duktilität mit sich. Generell
sind hochfeste Metalle tendenziell brüchiger oder weniger duktil,
während
hoch duktile Metalle eine relativ niedrige Festigkeit haben. Hochfeste
Metrialien haben den Vorteil von verringertem Gewicht und verringerter
Größe, was
bei der Flugzeugkonstruktion besonders kritisch ist. Blattarretiermechanismen,
welche gebogene oder verformte Verbinder aufweisen, benötigen eine
ausreichende Duktilität, damit
sie sich während
der Installation biegen lassen. Materialien, die duktil sind und
leicht gebogen werden, weisen generell eine viel geringere Streckgrenze
auf als gehärtete
oder wärmebehandelte
Materialien, die ein hohes Verhältnis
von Festigkeit zu Gewicht haben und verwendet werden können, um
effizient hohen Kräften
zu widerstehen.
-
Weitere
Nachteile von Systemen des Stands der Technik sind, dass die Laufschaufel
häufig
nicht an beiden Seiten der Rotornabe gehalten ist und dass die Größe der Anlagefläche begrenzt
ist, die zum Widerstehen gegen Kräfte verfügbar ist.
-
Ein
weiterer Nachteil von Systemen des Stands der Technik ist, dass
Biegestäbe
Probleme aufwerfen über
Ermüdungsbelastungsrissbildung
in dem gebogenen Bereich. Wiederholtes Biegen während mehrfacher Installation
und Entfernung erhöht die
Wahrscheinlichkeit von Metalermüdungsversagen.
Das Aussondern von Flugzeugtriebwerks-Qualitätsmaterialien ist höchst unerwünscht und
aufwändig.
Wenn jedoch gebogene Stäbe
verwendet werden, um Kräften
zwischen der Nabe und der Laufschaufel zu widerstehen, ist eine
wiederholte Verwendung der Stäbe
nicht praktikabel.
-
Das
US-Patent Nr. 3 653 781 an Cooper beschreibt ein Turbomaschinenlaufschaufel-Halteelement,
welches den Nachteil hat, dass der Flansch des Halteclips eine beschränkte Größe hat,
da er durch Einschieben durch den Spalt zwischen der Unterseite
der Laufschaufelwurzel und dem Grund des Schlitzes installiert wird.
US-Patent Nr. 3 076 634 an Boyle et al. liefert einen relativ großen Flansch
zum Zusammenwirken mit der Laufschaufelwurzel und der Rotornabe.
Der Nachteil dieses Systems ist jedoch das Erfordernis, den Halteclip
während
der Installation zu drehen. Um das Drehen zu erleichtern, muss der
Spalt zwischen der Laufschaufelwurzel und dem Grund des Schlitzes
relativ groß sein,
und so ist die Festigkeit des Turbinenrotors verringert. US-Patent
Nr. 3 057 598 an Boyle et al. liefert einen Halteclip, der mit der
Laufschaufelwurzel in den Schlitz gleitet und dann lateral geschoben
wird, um mit der Nabe einer Seite der Laufschaufelwurzel benachbart
zusammenzuwirken. Dieses Verfahren ist auch nachteilig, da lediglich
mit einer Seite des Laufschaufelwurzelrands zusammengewirkt werden
kann und die Größe der Anlagefläche durch
das Installationsverfahren eingeschränkt ist. US-Patent Nr. 3 383
095 an Anderson hat den Vorteil, dass es an schräge oder schiefwinklige Laufschaufelschlitze
angepasst werden kann. Jedoch ist in Folge des Installationsverfahrens,
bei dem der Halteclip mit dem Einschieben der Laufschaufelwurzel
installiert wird, die Größe der Flansche,
die mit den Naben zusammenwirken, ebenso eingeschränkt.
-
Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen leicht herzustellenden
und leicht zu installierenden Laufschaufelarretiermechanismus bereitzustellen,
der die Laufschaufel vollständig
in beide Richtungen axial hält
und keine unerwünschte Verschwendung
an Material, Metallermüdungsprobleme
oder Risiko für
Spannungskonzentration einbringt.
-
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung liefert eine neue Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung,
die in einen sich axial erstreckenden Spalt zwischen der Laufschaufelwurzelunterseite
und dem Schlitzgrund installiert ist. Die Halteeinrichtung hat zwei
Teile: einen Laufschaufelwurzel-Halteclip und einen Abstandsstab.
-
Der
Clip hat einen länglichen
Steg einer ausgewählten
Stegdicke und einer Breite, die geringer ist als die Breite des
Schlitzgrunds. Der Clip weist einen vorderen und einen hinteren
Querflansch auf, die sich radial nach außen erstrecken und lateral
von dem vorderen und dem hinteren Ende des Stegs weg ragen. Die
Flansche dienen dem Zusammenwirken mit der Vorderseite bzw. der
Rückseite
der Motornabenscheibe an beiden Seiten des Schlitzes und dem Zusammenwirken
mit der Vorderseite und der Rückseite
einer zugehörigen
Laufschaufelwurzel. Die Höhe
von mindestens einem Flansch ist geringer als die Spalttiefe, um
eine konventionelle Einschieb-Installation der Laufschaufelwurzel
zuzulassen.
-
Der
Abstandsstab wird in dem Spalt zwischen dem Clip und dem Schlitzgrund
installiert, um den Clip radial nach außen in Zusammenwirkung mit der
Vorderseite und der Rückseite
der Laufschaufelwurzel zu halten. Der Abstandsstab hat eine Dicke, die
zusammen mit der Dicke des Clipstegs im wesentlichen gleich der
Spalttiefe ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Abstandsstab axial
durch den Spalt und hat eine vordere und eine hintere umgebogene Lasche zum
Zusammenwirken mit der Vorderseite und der Rückseite der Rotorscheibennabe.
-
Der
I-förmige
Halteclip hält
die Laufschaufelwurzel von beiden Seiten der Rotorscheibe, hat vier lastaufnehmende
Oberflächen
an den Flanschen, um die Last gleichförmig zu verteilen und kann
unbegrenzt wiederverwendet werden. Der Abstandsstab hält den Clip
lediglich in Kontakt mit der Laufschaufelwurzel und kann eine einfache
gebogene Platte aus relativ kostengünstigem Metall sein.
-
Der
Halteclip wird einfach aus einem U-förmigen Rohling hergestellt,
der quer in I-förmige
Clips geschnitten wird und so das komplexe maschinelle Bearbeiten
von Einrichtungen aus dem Stand der Technik vermeidet. Der Halteclip
wird während
der Installation nicht gebogen oder verformt, wie bei Systemen des
Stands der Technik. Deshalb kann er aus extrem hochfesten Materialien
(beispielsweise A286) hergestellt sein, um hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Eigenschaften
zu erzielen, was höchst
vorteilhaft bei der Flugzeugproduktion ist. Das Positionieren des Halteclips
und des Abstandelements an dem Grund der Laufschaufelwurzel vermeidet
ein Kollidieren mit der Installation von Abdeckplatten, Laufschaufelplattformen
oder anderen Strukturen in Richtung der Peripherie der Rotornabe.
-
Der
Abstandsstab wird während
der Installation gebogen und benötigt
zu diesem Zweck eine adäquate
Duktilität,
der Abstandsstab widersteht jedoch keiner Belastung und dient lediglich
dem Halten des Halteclips in Position. Folglich kann der Abstandsclip aus
einem niedrigpreisigen Material relativ niedriger Festigkeit, beispielsweise
einer Nickellegierung (beispielsweise Inco 600, Handelsmarke) hergestellt sein.
Abstandsstäbe
von unterschiedlicher Dicke können
als Distanzelemente verwendet werden, um kleinere Fehler bei der
Bearbeitung der Schlitze auf eine geeignete Tiefe zu kompensieren,
oder um die Genauigkeit der Passung der Laufschaufelwurzeln in die
Schlitze zu verbessern.
-
Von
besonderem Vorteil ist, dass der Halteclip und das Abstandelement
keine größere Änderung an
den Laufschaufelwurzeln und den Rotorscheiben von Triebwerken benötigen, die
bereits im Dienst sind. Kein signifikantes Neubearbeiten ist erforderlich,
um den Clip und das Abstandelement an existierende Ausrüstung nachträglich anzupassen.
Keine größeren Änderungen
an den Herstellungsprozeduren für
diese Teile sind erforderlich. Die erforderliche Hauptänderung
besteht darin, die Halteschlitze tiefer maschinell zu bearbeiten,
um einen Spalt zwischen der Unterseite der Laufschaufelwurzel und
dem Grund des Halteschlitzes zu schaffen, um den Clip und das Abstandelement
aufzunehmen. In vielen Fällen
ist ein derartiger Spalt bereits als eine Einlassverzweigungsstruktur
zum Leiten von Kühlluft
in die internen Kühlkanäle vorgesehen,
die sich in der Laufschaufel von der Laufschaufelwurzel zu den Hinterrändern der
Laufschaufel erstrecken. Im Gegensatz dazu kann das Bearbeiten von
Kerben oder das Bohren von Löchern,
was beim Stand der Technik erforderlich ist, unerwünschte Zonen
von Spannungskonzentration zusätzlich
zu den Kosten des maschinellen Bearbeitens einbringen.
-
Die
einfache Konstruktion erfordert kein spezielles Verfahren oder keine
speziellen Werkzeuge zur Installation und minimiert das Risiko einer
Beschädigung
an Laufschaufeln oder Rotornaben. Sämtlicher lasttragender Kontakt
ist auf die ebenen Rotornabenflächen
beschränkt.
Das Haltesystem kann an jegliche existierende Art von Laufschaufelwurzeln
als eine kostengünstige
Alternative für
komplexe Systeme des Stands der Technik angepasst werden. Die Clips
und die Abstandsstäbe
sind sehr einfach herzustellen und können während Routinewartung leicht
inspiziert oder ersetzt werden.
-
Der
Umfang der Erfindung beinhaltet sämtliche anderen Mittel zum
Befestigen des Clips in Position. Es wird jedoch als am wahrscheinlichsten
angesehen, dass die Verwendung eines einfachen Abstandsstabs von
den Nutzern wegen seiner niedrigen Kosten, hohen Zuverlässigkeit
und der Einfachheit der Inspektion bevorzugt wird. Andere Befestigungsmittel
können
beispielsweise Gewindebefestiger, Schnapp-Arretiermechanismen, etc.
beinhalten.
-
Die
Erfindung liefert somit eine Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung
zur Verwendung in einer axialsymmetrischen Turbinenrotoranordnung,
aufweisend eine Rotornabenscheibe mit einer Dicke, einer Vorderseite
und einer Rückseite mit
einer peripher umfangsmäßigen Anordnung
von beabstandeten Laufschaufel-Halteschlitzen, die sich zwischen der
Naben-Vorderseite und -Rückseite
mit einem ausgewählten
Schrägwinkel
dazu erstrecken, wobei jeder Schlitz einen radial inneren Grund
mit ausgewählter
Breite und zwei Seitenwände
hat, wobei die Schlitzseitenwände
jeweils Passrippen und -nuten haben, die für Einschieb-Zusammenwirkung
mit einer Laufschaufelwurzel einer Turbinenlaufschaufel angepasst
sind, wobei die Wurzel laterale Seiten hat, die mit dem Winkel zu
Wurzel-Vorderseite und -Rückseite
angeordnet sind, wobei die Laufschaufelwurzel eine Unterseitenfläche hat,
die, wenn sie in dem Schlitz angeordnet ist, radial von dem Schlitzgrund und
diesem benachbart beabstandet ist, und so einen Spalt definiert,
der sich zwischen der Naben-Vorderseite und -Rückseite mit dem ausgewählten Winkel
erstreckt, wobei die Verbesserung dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung aufweist: einen Laufschaufelwurzel-Halteclip,
der einen länglichen
Steg hat und einen vorderen und einen hinteren Querflansch aufweist, die
sich radial nach außen
erstrecken und lateral von dem vorderen und hinteren Ende des Stegs
weg ragen, wobei der Steg mit dem Winkel relativ zu den Querflanschen
angeordnet ist, wobei der Steg daran angepasst ist, in dem Spalt
angeordnet zu sein, wobei die Höhe
von mindestens einem Flansch, wenn der Steg an dem Schlitzgrund
ruht, die Spalttiefe nicht überschreitet,
um ein verschiebliches Zusammenwirken der Laufschaufelwurzel in
dem Schlitz zu erlauben, wobei die Flansche des Clips daran angepasst
sind, mit der Vorderseite und der Rückseite der Rotornabenscheibe
an beiden Seiten des Schlitzes und der Vorderseite und der Rückseite
einer zugehörigen
Laufschaufelwurzel zusammenzuwirken, wenn er radial nach außen geschoben
wird, sobald die Laufschaufelwurzel in Zusammenwirkung mit dem Schlitz
ist; und eine Clip-Sicherungseinrichtung
zum Halten des Clips radial nach außen, um mit der Vorderseite
und der Rückseite
der Laufschaufelwurzel und der Rotorscheibe im zusammengebauten
Zustand zusammenzuwirken.
-
Ferner
wird ein Verfahren zum Anbauen von Turbinenlaufschaufeln an einer
Rotornabenscheibe in einer axial symmetrischen Turbinenrotoranordnung
beschrieben, wobei die Rotornabenscheibe eine Dicke, eine Vorderseite
und eine Rückseite
mit einer peripheren umfangsmäßigen Anordnung
von beabstandet sich erstreckenden Laufschaufelhalteschlitzen hat,
die sich axial zwischen der Naben-Vorderseite und -Rückseite
mit einem gewählten
schrägen
Winkel dazu erstrecken, wobei jeder Schlitz einen radial inneren
Grund einer ausgewählten
Breite und zwei Seitenwände
hat, wobei die Rotoranordnung eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Turbinenlaufschaufeln
mit Laufschaufelwurzeln hat, wobei die Laufschaufelwurzeln und die
Schlitzseitenwände
jeweils passende Rippen und Nuten haben, die für eine Schiebeverbindung angepasst
sind, wobei die Wurzel laterale Seiten hat, die mit dem Winkel zu
der Wurzelvorderseite und -rückseite
angeordnet sind, wobei jede Laufschaufelwurzel eine Unterseitenfläche hat,
die in den Schlitz angebracht radial von dem Schlitzgrund beabstandet
ist und diesem benachbart ist und so einen Spalt definiert, der
sich zwischen der Naben-Vorderseite und -Rückseite mit dem gewählten Winkel
erstreckt und eine Tiefe hat, wobei das Verfahren aufweist: Installieren
eines Laufschaufelwurzel-Halteclips in dem Spalt, wobei der Clip
einen länglichen
Steg hat und einen vorderen und einen hinteren Querflansch aufweist,
die sich radial nach außen
erstrecken und sich von dem vorderen und dem hinteren Ende des Stegs
lateral erstrecken, wobei der Steg mit dem Winkel relativ zu den
Querflanschen angeordnet ist, wobei mindestens ein Flansch eine
Höhe hat,
die, wenn der Steg an dem Schlitzgrund ruht, nicht die Spalttiefe überschreitet,
wobei die Flansche mit der Vorderseite und der Rückseite der Rotornabenscheibe
zusammenwirken; Einschieben einer Laufschaufelwurzel in jeden Schlitz über den
einen Flansch; Einschieben eines Abstandelements zwischen den Schlitzgrund und
den Clip und so Schieben des Clips radial nach außen in Zusammenwirkung
mit der Vorderseite und der Rückseite
der Laufschaufelwurzel und mit der Vorderseite und der Rückseite
der Rotornabenscheibe an beiden Seiten des Schlitzes; und Befestigen des
Abstandelements in Position, um den Clip und die Laufschaufelwurzel
in dem Schlitz zu halten.
-
Weitere
Details der Erfindung und deren Vorteile werden aus der detaillierten
Beschreibung und den Zeichnungen, die nachfolgend angeschlossen sind,
ersichtlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung lediglich
beispielhaft mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
für die
gilt:
-
1 ist
eine radiale Teilschnittansicht, die einen äußeren Teil einer Turbinenrotoranordnung zeigt,
der eine zentrale Rotornabenscheibe mit einer peripher umfangsmäßig beabstandeten
Anordnung von sich axial erstreckenden Laufschaufeln hat, die in Laufschaufelhalteschlitzen
gehalten sind, und die an dem radial inneren Ende der Laufschaufelwurzel
eine zweiteilige Halteeinrichtung aufweist.
-
2 zeigt
eine Schnittansicht durch eine Laufschaufel, die die Winkelorientierung
der Laufschaufelwurzel, des Schlitzes und des Laufschaufel-Halteclips
in einem Spalt zwischen der Unterseite der Laufschaufelwurzel und
dem Grund des Laufschaufelhalteschlitzes anzeigt.
-
3 zeigt
eine Detailansicht der zweiteiligen Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung
mit in dem Spalt zwischen der Unterseite der Laufschaufelwurzel
und dem Grund des Laufschaufelhalteschlitzes installiertem Halteclip
und Abstandstange.
-
4 zeigt
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht von Laufschaufel-Halteclip
und Abstandstange.
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Mittel zeigt, mittels derer
der Laufschaufelwurzel-Halteclip aus einem U-förmigen Rohling hergestellt
werden kann.
-
Die 6 bis 9 zeigen
das Verfahren des Montierens der Laufschaufeln an der Rotorscheibe
im Verlauf wie folgt:
-
6 ist
eine radiale Teilschnittansicht wie in 1, zeigt
jedoch den mit dem Steg an dem Schlitzgrund installierten Halteclip
vor dem Einschieben der Laufschaufelwurzeln über dem Flansch des Clips;
-
7 ist
eine ähnliche
Radialansicht, wobei die Laufschaufelwurzel durch das axiale Einschieben über dem
Flansch des Clips installiert wurde, während der Clip auf dem Schlitzgrund
ruhen bleibt;
-
8 ist
eine Axial-Teilschnittansicht entlang der Linie 8-8 von 7 durch
die Scheibe und die installierte Laufschaufel, die mit Pfeilen anzeigt, dass,
wenn das Abstandelement zwischen den Steg des Clips und den Schlitzgrund
gekeilt wird, der Clip, wie gezeichnet, nach oben in sicheres Zusammenwirken
mit der Laufschaufelwurzel gezwungen wird; und
-
9 ist
eine ähnliche
Ansicht, wobei das Abstandelement vollständig zwischen dem Clip und dem
Schlitzgrund installiert ist, und die mit einem Pfeil das Biegen
des Endes des Abstandelements zum Sichern des Abstandelements in
Position anzeigt, was die Installation, wie in den 1 und 3 gezeigt,
vervollständig.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt
eine Teilansicht einer Vorderseite einer axialsymmetrischen Turbinenrotoranordnung. Die
Rotoranordnung weist wie üblich
eine Rotornabenscheibe 1 mit einer ausgewählten Dicke
mit einer Vorderseite 2 und einer Rückseite 3 auf. Um
die Peripherie der Rotornabe 1 befindet sich eine Mehrzahl von
umfangsmäßig beabstandeten,
sich axial erstreckenden Laufschaufelhalteschlitzen 4.
Jeder Laufschaufelhalteschlitz 4 hat einen radial inneren
Grund 5 ausgewählter
Breite und zwei Seitenwände 6.
Die Turbinenrotoranordnung weist sich radial erstreckende Turbinenlaufschaufeln 7 auf,
jeweils mit Laufschaufelwurzeln 8 und Plattformen 9,
wie üblich.
-
Die
Laufschaufelwurzeln 8 und die Schlitz-Seitenwände 6 haben
jeweils zusammenpassende Rippen und Nuten, die für ein axial verschiebliches
Zusammenwirken zwischen der Laufschaufelwurzel 8 und den
Seitenwänden 6 angepasst
sind. In der gezeigten Ausführungsform
bilden die ineinander greifenden Rippen und Nuten das, was üblicherweise als
eine Tannenbaumanordnung bekannt ist. Der Fachmann weiß jedoch,
das mehrere andere übliche Konfigurationen
verwendet werden können.
Jedoch sind in allen Fällen
die Laufschaufelwurzel 8 und der Schlitz 4 mit
einem axial verschieblichen Eingriff verbunden. Konventionelle Laufschaufelhalteeinrichtungen
dienen dazu, die Wurzel 8 gegen ein Verschieben nach der
Installation in die Schlitze 4 zu sichern.
-
Wie
es am deutlichsten im Detail der 3 gezeigt
ist, hat die Laufschaufelwurzel 8 eine Unterseitenfläche 10,
die radial von dem benachbarten Schlitzgrund 11 beabstandet
ist und einen sich axial erstreckenden Spalt 12 einer ausgewählten radialen Tiefe
definiert, wie in 3 gezeigt. Wie vorangehend erwähnt, ist
dieser Spalt 12 häufig
bei konventionellen Installationen als ein Weg für Kühlluft vorgesehen, die durch Öffnungen
in der Laufschaufelwurzel 8 und nach oben durch Kühlkanäle das Laufschaufelinnere
transportiert wird.
-
Die
Erfindung betrifft eine Laufschaufelwurzel-Halteeinrichtung, die
in diesem Spalt 12 installiert ist, wie detailliert nachfolgende
beschrieben wird. Wie am besten in 4 gezeigt,
wird ein I-förmiger Laufschaufelwurzel-Halteclip 13 in
dem Spalt 12 positioniert und in Position durch einen Abstandsteg 14 gehalten.
-
Der
Clip 13 hat einen länglichen
Steg 15, der sich axial durch die Rotornabe 1 erstreckt.
Der Steg 15 hat eine definierte Dicke, beispielsweise etwa
die Hälfte
der Tiefe des Spalts 12, wie in den Zeichnungen gezeigt.
Der Clip 13 hat eine Breite, die geringer ist als die Breite
des Schlitzgrunds 11. Querflansche 16 erstrecken
sich radial nach außen
(oder nach oben, wie in den Figuren gezeichnet) und erstrecken sich
lateral von dem vorderen und dem rückwärtigen Ende des Stegs 15 in
beide Richtungen. Die Höhe von
mindestens einem der Flansche 16 ist geringer als die Höhe des Spalts 12,
um das Installieren der Laufschaufelwurzel 8 durch Einschieben
in den Schlitz 4 zuzulassen. Die Laufschau felwurzel 8 geht über die
Oberseite von einem Flansch 16 während der Installation, wenn
sie in den Schlitz 4 gleitet.
-
Nach
der Installation wird der Clip 13 radial nach außen in Zusammenwirkung
mit der Unterseitenfläche 10 der
Laufschaufelwurzel 8 angehoben oder bewegt, und die Abstandstange 14 wird
in den Spalt zwischen dem Clip 13 und dem Schlitzgrund 11 eingesetzt.
Die Abstandstange 14 hält
den Clip 12 radial nach außen in Zusammenwirkung mit
der Vorderseite und der Rückseite
der Laufschaufelwurzel 8.
-
In
der in den 1, 2 und 3 gezeigten
installierten Position wirken die Flansche 16 mit der Vorderseite 2 und
der Rückseite 3 der
Rotornabe 1 zusammen und wirken mit der Vorderseite und
der Rückseite
der zugehörigen
Laufschaufelwurzel 8 zusammen.
-
Man
wird verstehen, dass verschiedene Mittel zum Halten des Clips 13 radial
nach außen
in Zusammenwirkung mit der Unterseitenfläche 10 der Laufschaufelwurzel 8 möglich sind.
Jedoch wird in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft ein
einfacher länglicher
Abstandsstab 14 verwendet. Der Abstandsstab 14 hat
eine Dicke, die zusammen mit der Dicke des Clipstegs 15 im
wesentlichen gleich der Spalttiefe 12 ist. Auf diese Weise
wird der Abstandsstab 14 mit Presspassung angeordnet und
sichert den Clip 13 und die Laufschaufelwurzel 8 in
dem Schlitz 4 auf einfache effektive Weise. Wie in der 4 gezeigt,
ist angedacht, dass die vorteilhafteste Anordnung die ist, wo sich
der Stab 14 vollständig
axial durch den Spalt 12 von einer Seite der Nabe 1 zu
der anderen erstreckt. Jedoch sind andere Mittel zum Halten des
Clips 13 in der installierten Position innerhalb dessen,
was durch die Erfindung erwogen wird.
-
Der
Stab 14 weist eine vordere und eine hintere Lasche 17 und 18 auf,
um mit der Vorderseite 2 und der Rückseite 3 der Rotorscheibennabe 1 zusammenzuwirken.
Wie durch die unterbrochen gezeichnete Konturlinie in der 4 angezeigt,
ist der Abstandsstab 14 mit lediglich einer Lasche 17 vor-gefertigt
und ist zu einer L-Gestalt geformt. Nach der Installation wird die
zweite Lasche 18 durch Umbiegen des vorstehenden Bereichs
radial nach innen gebildet, um den Abstandsstab 14 in Position
zu sichern.
-
Die
Herstellung des Clips 13 und des Stabs 14 sind
extrem einfache Aufgaben. Der Metallblechstab 14 kann aus
einer Platte mit üblich
verfügbaren Formen
oder Schneideinrichtungen geschnitten und gebogen werden.
-
Zum
Herstellen des Clips 13, wie in 5 gezeigt,
denken die Erfinder an maschinelles Bearbeiten oder Schweißen eines
U-förmigen
Rohlings 19, an dem Flansche und Steg integral geformt
sind. Zum Schneiden des I-förmigen
Clips können übliche Metallschneideverfahren,
beispielsweise Plasmaschneiden oder Sägen, angewendet werden, um die
unbenutzten Stegbereiche 20 zu entfernen und die Flansche 16 von
dem Rohling 19 zu schneiden. Zur Unterstützung der
Installation der Clips 13 und des Abstandsstabs 14 geht
man davon aus, dass es vorteilhaft wäre, eine Schräge vorzusehen,
wie mit dem Winkel 'b' in 5 an
den Rändern
der Unterseite der Flansche 16 angezeigt. Natürlich muss,
wie in 2 gezeigt, der I-förmige Clip 13 die
gleiche winkelmäßige Ausrichtung,
die als Winkel 'a' angezeigt ist, haben,
wie sie die Laufschaufelwurzeln 8 und die Schlitze 4 haben.
-
Wie
vorangehend beschrieben, liefert die Erfindung eine einfache Turbinenlaufschaufel-Halteeinrichtung,
die minimale Anpassung für
die Installation bei bestehender Ausrüstung erfordert, einfach herzustellen
ist und die vorangehend beschriebenen Nachteile bei Stand-der-Technik-Einrichtungen überwindet.
-
Die
Einfachheit der Installation kann man nachfolgend erkennen. Die
Montage der Laufschaufeln 7 an der Rotorscheibe 1 beginnt
zuerst mit der Installation des Laufschaufelwurzel-Halteclips 13 an dem
Schlitzgrund 11, wie in 6 gezeigt.
Der Clip 13 hat einen länglichen
Steg 15, der annähernd
eine Länge
hat, die gleich der Dicke der Rotorscheibe 1 ist, wie in
den 8 und 9 angegeben. Der Clip 13 hat
einen vorderen und einen rückwärtigen Querflansch 16,
die radial nach außen
ragen und sich von den vorderen und hinteren Enden des Stegs 13 lateral
erstrecken. Um das Einschieben der Laufschaufelwurzel 8 in den
Schlitz 4 zu erlauben, hat mindestens ein Flansch 13 eine
Höhe, die,
wenn der Steg 15 an dem Schlitzgrund 11 ruht,
die Spalttiefe 12 nicht überschreitet. In dem in den 6 und 7 gezeigten
Schritten wirken die Flansche 16 mit der Vorderseite und
der Rückseite
der Rotornabenscheibe 1 zusammen, wirken aber nicht mit
den Seiten der Laufschaufelwurzel 8 zusammen.
-
Im
zweiten Schritt schiebt der Installateur eine Laufschaufelwurzel 8 axial
in jeden Schlitz 4 über
einen Flansch 16 eines jeden Clips 13, um zu der
in 8 gezeigten Anordnung zu gelangen. Um das Einschieben
zui erlauben, darf die Höhe
des Flansches 16 die Spalthöhe 12 nicht überschreiben, die
Höhe des
anderen Flansches ist jedoch nicht eingeschränkt.
-
In
dem dritten Schritt, wie in dem Fortgang von 8 zu 9 gezeigt,
bewegt ein axiales Einschieben des Abstandelements 14 zwischen
den Schlitzgrund 11 und den Clip 13 den Clip 13 radial nach
außen
(nach oben, wie gezeichnet) in eine Zusammenwirkung mit der Vorderseite
und der Rückseite
der Laufschaufelwurzel 8 und der Rotornabenscheibe 1.
-
Der
in 9 gezeigte vierte Schritt beinhaltet das Sichern
des Abstandelements 13 in Position, um den Clip 13 und
die Laufschaufelwurzel 8 in dem Schlitz 4 zu halten.
Verschiedene Mittel zum Sichern des Abstandelements 14 sind
durch die Erfindung angedacht, einschließlich beispielsweise Nieten
oder Verformen des vorragenden Endes 21; jedoch zeigt 9 ein
einfaches Mittel zum Sichern lediglich durch Umbiegen des vorstehenden
Endes 21, wie durch einen Pfeil angezeigt. Wie in 8 gezeigt,
hat vor der Installation das Abstandelement 14 eine vordere
Lasche 17 an einem Ende, um an eine Seite der Rotornabenscheibe 1 anzugrenzen,
und hat eine axiale Länge,
die größer ist
als die Scheibendicke, so dass, wie in 9 gezeigt,
ein entgegengesetztes Ende 21 ein Stück über die andere Seite der Scheibe 1 ragt,
wenn das Abstandelement 14 in dem Spalt 12 positioniert
ist. Wie in 9 gezeigt, formt ein Biegen des
entgegengesetzten Endes 21 des Abstandelements 14 gegen
die Seite der Scheibe 1 eine rückseitige Lasche 18,
um die Anordnung zu sichern.
-
Deshalb
ist der Halteclip 13 unbeschränkt wiederverwendbar und kann
aus hochfesten Materialien hergestellt sein. Das Abstandelement 14 kann wiederholt
verwendet werden, wenn auch abhängig von
den Ermüdungseigenschaften
des verwendeten Metalls und der Heftigkeit der Biegung. Die einfache Konstruktion
des Abstandelements 14 macht dieses sehr kostengünstig, und
dieses Bauteil kann als Schrott nach jeder Verwendung recycelt werden,
um Metallermüdungsprobleme
zu eliminieren.
-
Obwohl
sich die vorangehende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen
auf eine spezielle bevorzugte Ausführungsform beziehen, wie sie
momentan von dem Erfinder angedacht ist, wird man verstehen, dass
die Erfindung in ihrem breitesten Aspekt mechanische und funktionale Äquivalente der
gezeigten und beschriebenen Elemente beinhaltet.