EP1522678A2 - Verfahren zur Fixierung für die Beschaufelung einer Strömungsmaschine und Fixiervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Fixierung für die Beschaufelung einer Strömungsmaschine und Fixiervorrichtung Download PDF

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EP1522678A2
EP1522678A2 EP04104778A EP04104778A EP1522678A2 EP 1522678 A2 EP1522678 A2 EP 1522678A2 EP 04104778 A EP04104778 A EP 04104778A EP 04104778 A EP04104778 A EP 04104778A EP 1522678 A2 EP1522678 A2 EP 1522678A2
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halves
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Wolfgang Kappis
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Definitions

  • the invention relates to a method for fixing the blading of a Turbomachine according to claim 1 and to a fixing device according to claim 6.
  • the fixation of the blading of the above type relate to runners or vanes within turbomachines, such as a compressor or a turbine of a gas turbine plant or other thermal turbomachine. Blades are in a mounting groove along the circumference of the Rotor of thermal turbomachine attached. They are dependent on each one To position flow conditions in a suitable manner and opposite occurring misalignments or against complete detachment from the mounting groove reliable during operation of the thermal turbomachine to back up.
  • Safety measures against the release of individual blades from the mounting groove generally refer to the reduction of the game between two adjacent blade roots within the mounting groove. After assembly all used in the mounting groove blades and the whole and halved Intermediate pieces results between two opposing blades a so-called assembly intermediate gap into which a so-called rotor-end is used. This ensures that between the, in the mounting groove used blades and spacers existing clearance to a minimum is limited.
  • DE-A1-101 34 611 describes a fixing device for a blading of a turbomachine, in which between n-scoop at least two adjacent turbine inserted within the mounting groove is a mounting gap is provided.
  • the two as final halves trained insert elements are inserted into the intermediate mounting gap.
  • These inserts include a gap between them, into which a fixing Wedge is usable.
  • the wedge is characterized by the fact that he at least one Connecting element to the side of a turbine blade and at least one of the two to the wedge adjacent turbine blade one to the connecting element provides corresponding counter contour. So go the wedge and the turbine blade together with a positive connection.
  • Fig. 1 shows a plan view of an inventive fixing device consisting of two inserted within a not shown Befest Trentsnut 1 turbine blades 3 1 , 3 2 and located between the turbine blades 3 1 , 3 2 rotor-tail.
  • the turbine blades 3 1 , 3 2 may, for example, be runners or guide vanes of a compressor, a gas turbine or another thermal turbomachine.
  • the rotor closure consists of two end halves 4 1 , 4 2 and has a wedge 6 arranged between the end halves 4 1 , 4 2 .
  • the present invention relates to a method of mounting such a rotor closure.
  • the individual method steps of the assembly method according to the invention are shown schematically in FIGS. 2 to 4.
  • FIG. 2 shows a section through the rotor end according to the invention. From Fig. 2 it can be seen that in the intermediate mounting gap first the closing halves 4 1 , 4 2 used.
  • the end halves 4 1 , 4 2 (and the wedge 6) have a width adapted to the width of the intermediate mounting gap width and include a gap between them.
  • the end halves 4 1 , 4 2 each have a support 5.
  • the wedge 6 is inserted into the gap between the two end halves 4 1 , 4 2 .
  • the two end halves 4 1 , 4 2 are positively fixed by the wedge 6 within the mounting groove 1.
  • the wedge 6 has no further retaining tabs or other axial fasteners known in the art.
  • Between the end halves 4 1 , 4 2 above the wedge 6 is a gap 7.
  • a buffer weld 8 may be located, so that less well Weldable materials can be used.
  • sheet metal inserts 9 are mounted in order to achieve an axial clearance between the mounting groove 1 and rotor-end.
  • the two end halves 4 1 , 4 2 and the wedge 6 are welded together in the intermediate space 7 with the connection weld 10.
  • the turbine blades 3 1 , 3 second or in the mounting groove 1 is supported.
  • the sheet metal inserts 9 are removed (see Fig. 4), so that a game d between the mounting groove 1 and the two end halves 4 1 , 4 2 remains and no additional axial forces acting on the rotor 2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fixierung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine. In dem Verfahren werden zuerst die Turbinenschaufeln (3 1 , 3 2 ) in die Befestigungsnut (1) eines Rotors (2) oder Stators eingesetzt bis nur noch der Montagezwischenspalt übrigbleibt, in den danach zwei als Schlusshälften (4 1 , 4 2 ) ausgebildete Einsatzelemente eingesetzt werden. Darauf wird ein Keil (6) in den Spalt zwischen die Schlusshälften (4 1 , 4 2 ) eingesetzt und die Schlusshälften (4 1 , 4 2 ) werden mit dem Keil (6) mit einer Verbindungsschweissung (10) verscheisst. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Anordnung werden vorteilhaft axiale Kräfte, die den Rotor (2) verbiegen können und so erhöhte Rotorvibrationen hervorrufen, vermieden. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine erfindungsgemässe Fixiervorrichtung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fixierung für die Beschaufelung einer Strömungsmaschine gemäss dem Anspruch 1 und auf eine Fixiervorrichtung gemäss dem Anspruch 6.
STAND DER TECHNIK
Die Fixierung der Beschaufelung der vorstehenden Art betreffen Lauf- oder Leitschaufeln innerhalb von Strömungsmaschinen, wie beispielsweise ein Verdichter oder eine Turbine einer Gasturbinenanlage oder einer anderen thermischen Turbomaschine. Laufschaufeln sind in einer Befestigungsnut entlang des Umfanges des Rotors der thermischen Turbomaschine befestigt. Sie sind in Abhängigkeit der jeweiligen Strömungsverhältnisse in geeigneter Weise zu positionieren und gegenüber auftretenden Dejustierungen bzw. gegen vollständiges Herauslösen aus der Befestigungsnut während des Betriebes der thermischen Turbomaschine zuverlässig zu sichern.
Die Gefahr des vollständigen Herauslösens einzelner Laufschaufeln aus der Umfangsnut ist gegeben, wenn sich die Laufschaufeln innerhalb des jeweiligen Montagespiels in Umfangsrichtung längs der Befestigungsnut auf dem Rotor ungleichmäßig verschieben. Durch derartige periphere Dejustierungen bei einer Vielzahl längs der Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln kann sich ein zwischen zwei benachbarten Laufschaufeln beachtlicher Spalt einstellen, der groß genug ist, dass sich eine Laufschaufel durch radiale Verdrehung aus der Befestigungsnut löst. Hierdurch kann sich ein erheblicher Schaden an der gesamten Turbomaschinenanlage ergeben.
Sicherungsmaßnahmen gegen das Lösen einzelner Laufschaufeln aus der Befestigungsnut beziehen sich im allgemeinen auf die Reduzierung des Spiels zwischen zwei benachbarten Schaufelfüßen innerhalb der Befestigungsnut. Nach der Montage aller in die Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln sowie der ganzen und halbierten Zwischenstücke ergibt sich zwischen zwei gegenüberstehenden Laufschaufeln ein sogenannter Montagezwischenspalt, in den ein sogenannter Rotor-Schluss eingesetzt wird. Dieser sorgt dafür, dass das zwischen den, in die Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln sowie Zwischenstücken vorhandene Spiel auf einen M-nimum begrenzt wird.
Jedoch entstehen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten zwischen den Schaufeln, dem Rotor-Schluss, sowie dem Rotor während des Betriebes ein Spiel zwischen den Schaufeln und den innerhalb der Befestigungsnut befindlichen Zwischenstücken einschließlich des Rotor-Schlusses. Aufgrund des sich dabei einstellenden Umfangsspieles kann es vorkommen, dass sich die Schlusshälften derart in Umfangsrichtung längs der Befestigungsnut gegeneinander verschieben. Das Zwischenstück kann sich dann beispielsweise aus den herzförmig ausgeformten Ausnehmungen lösen. Ein derartiger Fall führt wiederum zu dem eingangs bereits beschriebenen Schadensszenario.
Um einen solchen Schaden zu verhindern, beschreibt DE-A1-101 34 611 eine Fixiervorrichtung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine, in welcher zwischen wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut benachbart eingebrachter Turbine n-schaufeln ist ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist. Die zwei als Schlusshälften ausgebildeten Einsatzelemente werden in den Montagezwischenspalt eingesetzt. Diese Einsatzelemente schliessen zwischen sich einen Spalt ein, in den ein fixierender Keil einsetzbar ist. Der Keil zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest ein Verbindungselement zur Seite einer Turbinenschaufel und zumindest eine der beiden an den Keil angrenzenden Turbinenschaufel eine zu dem Verbindungselement korrespondierende Gegenkontur vorsieht. So gehen der Keil und die Turbinenschaufel miteinander eine Formschlußverbindung ein.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist jedoch, dass dadurch zusätzliche axiale Kräfte entstehen, die auf den Rotor wirken. Diese axialen Kräfte können dazu führen, dass sich der Rotor verbiegt und so erhöhte Rotorvibrationen hervorgerufen werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es besteht daher die Aufgabe, eine gattungsgemäße Fixiervorrichtung derart weiterzubilden, dass das vorstehend beschriebene Vibrationsverhalten ausgeschlossen werden kann. Die betreffenden Maßnahmen sollen konstruktiv möglichst einfach und in der Realisierung kostengünstig sein.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 als Verfahren zur Fixierung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine und im Anspruch 6 als Fixierungsvorrichtung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit dieser Anordnung werden vorteilhaft axiale Kräfte, die den Rotor verbiegen können und so erhöhte Rotorvibrationen hervorrufen, vermieden.
KURZE BESCHREIBUNGEN DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachstehend anhand von eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1
Einzelkomponentendarstellung in Draufsicht der Komponenten und
Fig. 2-4
Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Rotor-Schluss in verschiedenen Montagestadien.
Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Fixiervorrichtung bestehend aus zwei innerhalb einer nicht dargestellten Befestigungsnut 1 eingefügten Turbinenschaufeln 31, 32 und einem zwischen den Turbinenschaufeln 31, 32 befindlichen Rotor-Schluss. Bei den Turbinenschaufeln 31, 32 kann es sich beispielsweise um Laufoder Leitschaufeln eines Verdichters, einer Gasturbine oder einer anderen thermische Turbomaschine handeln. Der Rotorschluss besteht aus zwei Schlusshälften 41, 42 und weist einen zwischen den Schlusshälften 41, 42 angeordneten Keil 6 auf. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren eines solchen Rotorschlusses. Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemässen Montageverfahrens sind in den Fig. 2 bis 4 schematisch dargestellt. Die Fig. 2 bis 4 zeigen einen Schnitt durch die zwei Schlusshälften 41, 42, die in der Befestigungsnut 1 entlang des Umfangs des Rotor 2 der Strömungsmaschine eingesetzt sind. Im Sinne der Erfindung könnte es sich jedoch auch um den Stator der Strömungsmaschine handeln.
Der Montagevorgang besteht darin, dass zuerst alle Turbinenschaufeln 31, 32 und alle Zwischenstücke bzw. halbierte Zwischenstücke entlang des Umfangs des Rotor 2 in der Befestigungsnut 1 eingesetzt werden bis nur noch ein Montagezwischenspalt für den Rotor-Schluss übrigbleibt. Fig. 2 zeigt nun einen Schnitt durch den erfi n-dungsgemässen Rotor-Schluss. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass in den Montagezwischenspalt zuerst die Schlusshälften 41, 42 eingesetzt. Die Schlusshälften 41, 42 (und der Keil 6) weisen eine an die Breite des Montagezwischenspaltes angepaßte Breite auf und schliessen einen Spalt zwischen sich ein. Zum Nutgrund der Befestigungsnut 1 hin weisen die Schlusshälften 41, 42 jeweils eine Abstützung 5 auf. Danach wird in den Spalt zwischen die beiden Schlusshälften 41, 42 der Keil 6 eingesetzt. Die beiden Schlusshälften 41, 42 sind formschlüssig durch den Keil 6 innerhalb der Befestigungsnut 1 fixiert. Der Keil 6 weist keine weitere Haltelappen oder andere axiale Befestigungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, auf. Zwischen den Schlusshälften 41, 42 oberhalb des Keils 6 befindet sich ein Zwischenraum 7. Auf der Oberfläche der Schlusshälften 41, 42, die zu diesem Zwischenraum 7 hin ausgerichtet ist, kann sich eine Pufferschweissung 8 befinden, so dass auch weniger gut schweissbare Materialien verwendet werden können. Zwischen der Befestigungsnut 1 und den beiden Schlusshälften 41, 42 werden Blechbeilagen 9 montiert, um ein axiales Spiel zwischen Befestigungsnut 1 und Rotor-Schluss zu erzielen.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich werden danach werden die beiden Schlusshälften 41, 42 und der Keil 6 in dem Zwischenraum 7 mit der Verbindungsschweissung 10 miteinander verschweisst. Durch das Verschweissen der beiden Schlusshälften 41, 42 erreicht man die Funktion eines ganzen Zwischenstücks, welches sich jedoch nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt in axialer Richtung an den beiden Schlusshälften 41, 42, den Turbinenschaufeln 31, 32 oder in der Befestigungsnut 1 abstützt. Nach dem Abkühlen der Verbindungsschweissung 10 werden die Blechbeilagen 9 entfernt (vgl. Fig. 4), so dass ein Spiel d zwischen der Befestigungsnut 1 und den beiden Schlusshälften 41, 42 verbleibt und keine zusätzlichen axialen Kräfte auf den Rotor 2 wirken.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Anordnung werden vorteilhaft axiale Kräfte, die den Rotor 2 verbiegen können und so erhöhte Rotorvibrationen hervorrufen, vermieden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Befestigungsnut im Rotor 2
2
Rotor
31,32
Turbinenschaufeln
41,42
Schlusshälften
5
Abstützung
6
Keil
7
Zwischenraum
8
Pufferschweissung
9
Blechbeilagen
10
Verbindungsschweissung
d
Spiel

Claims (10)

  1. Verfahren zur Fixierung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine, bei der längs einer Befestigungsnut (1) eine Anzahl von Turbinenschaufeln (31, 32) und Zwischenstücken eingebracht ist und zwischen wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut (1) benachbart eingebrachten Turbinenschaufeln (31, 32) ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist, umfassend folgende Verfahrenschritte:
    die Turbinenschaufeln (31, 32) und Zwischenstücke werden in die Befestigungsnut (1) eingesetzt bis nur noch der Montagezwischenspalt für den Rotor-Schluss übrigbleibt,
    zwei als Schlusshälften (41, 42) ausgebildete Einsatzelemente werden in den Montagezwischenspalt eingesetzt, wobei die Schlusshälften (41, 42) eine an die Breite des Montagezwischenspaltes angepaßte Breite aufweisen und einen Spalt zwischen sich einschließen,
    ein Keil (6) wird in den Spalt zwischen die Schlusshälften (41, 42) eingesetzt, so dass ein Zwischenraum (7) zwischen den Schlusshälften (41, 42) oberhalb des Keil (6) verbleibt,
    die Schlusshälften (41, 42) werden mit dem Keil (6) innerhalb des Zwischenraum (7) mit einer Verbindungsschweissung (10) verscheisst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschweissen zwischen der Befestigungsnut (1) und jeweils einer Schlusshälfte (41, 42) Blechbeilagen (9) montiert werden und die Blechbeilagen (9) nach dem Verschweissen wieder entfernt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahren auf den Oberflächen der Schlusshälften (41, 42), die zum Zwischenraum (7) hin ausgerichtet ist, eine Pufferschweissung (8) angebracht wird und die Schlusshälften (41, 42) mit dem Keil (6) innerhalb des Zwischenraum (7) an der Pufferschweissung (8) verscheisst werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Turbinenschaufeln (31, 32) Laufschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Rotors (2) oder Leitschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Stators montiert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung eines Verdichters oder einer Turbine montiert wird.
  6. Fixierungsvorrichtung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine,
    bei der längs einer Befestigungsnut (1) eine Anzahl von Turbinenschaufeln (31, 32) und Zwischenstücke eingebracht ist und zwischen wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut (1) benachbart eingebrachten Turbinenschaufeln (31, 32) ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist,
    zwei als Schlusshälften (41, 42) ausgebildete Einsatzelemente in dem Montagezwischenspalt eingesetzt sind, wobei die Schlusshälften (41, 42) eine an die Breite des Montagezwischenspaltes angepaßte Breite aufweisen und einen Spalt zwischen sich einschließen,
    ein Keil (6) in den Spalt zwischen die Schlusshälften (41, 42) eingesetzt ist und
    die Schlusshälften (41, 42) mit dem Keil (6) oberhalb des Keils (6) mit einer Verbindungsschweissung (10) verscheisst sind.
  7. Fixierungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Befestigungsnut (1) und jeweils einer Schlusshälfte (41, 42) ein axiales Spiel (d) besteht.
  8. Fixierungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je einer Schlusshälften (41, 42) und der Verbindungsschweissung (10) eine Pufferschweissung (8) angebracht ist.
  9. Fixierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenschaufeln (31, 32) Laufschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Rotors (2) oder Leitschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Stators sind.
  10. Fixierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmaschine ein Verdichter oder eine Turbine ist.
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