EP1522678B1 - Verfahren zur Fixierung für die Beschaufelung einer Strömungsmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for fixing the blading of a turbomachine according to claim 1.
- the fixation of the blading of the above type relates to runners or vanes within turbomachines, such as a compressor or a turbine of a gas turbine plant or other thermal turbomachine. Blades are mounted in a mounting groove along the circumference of the rotor of the thermal turbomachine. They are to be positioned in a suitable manner as a function of the respective flow conditions and reliably secured against any misalignments or against complete detachment from the fastening groove during operation of the thermal turbomachine.
- Safeguards against loosening individual blades from the mounting groove generally refer to the reduction of backlash between two adjacent blade roots within the mounting groove.
- a so-called mounting intermediate gap in which a so-called rotor-end is used.
- This consists of two end halves and a wedge.
- the rotor end ensures that the existing between the blades inserted into the mounting groove and spacers existing game is kept to a minimum.
- Embodiments of such rotor closures are, for example, in the documents DE 820598 and DE 883439 described. According to both solutions, the wedge is clamped non-positively and then firmly fixed in its position.
- DE-A1-101 34 611 a fixing device for a blading of a turbomachine in which an intermediate mounting gap is provided between at least two adjacent within the mounting groove turbine blades.
- the two formed as a final halves insert elements are inserted into the intermediate mounting gap.
- These insert elements enclose a gap between them into which the fixing wedge can be inserted.
- the wedge is characterized in that it provides at least one connecting element to the side of a turbine blade and at least one of the two adjacent to the wedge turbine blades a corresponding to the connecting element counter contour. So enter the wedge and the turbine blade together a positive connection.
- Fig. 1 shows a plan view of a fixing device consisting of two inserted within a not shown mounting groove 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 be, for example, 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 process steps of the inventive assembly process are in the Fig. 2 to 4 shown schematically.
- the assembly process consists in first inserting all the turbine blades 3 1 , 3 2 and all intermediate pieces or halved intermediate pieces along the circumference of the rotor 2 in the fastening groove 1 until only one assembly intermediate gap for the rotor end remains.
- Fig. 2 now shows a section through the rotor end. From the Fig. 2 It can be seen that in the intermediate mounting gap first the closing halves 4 1 , 4 2 are 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 other retaining tabs or other axial fixings known in the art.
- Between the end halves 4 1 , 4 2 above the wedge 6 is a gap 7.
- a buffer welding 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 gap 7 with the joint weld 10.
- the turbine blades 3 1 , 3 2 or in the mounting groove 1 is supported.
- the sheet metal inserts 9 are removed (see. Fig. 4 ), so that a clearance d between the mounting groove 1 and the two end halves 4 1 , 4 2 remains and no additional axial forces act on the rotor 2.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fixierung für die Beschaufelung einer Strömungsmaschine gemäss dem Anspruch 1.
- 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 besteht aus zwei Schlusshälften und einem Keil. Der Rotor-Schluss sorgt dafür, dass das zwischen den in die Befestigungsnut eingesetzten Laufschaufeln sowie Zwischenstücken vorhandene Spiel auf ein Minimum begrenzt wird. Ausführungsformen derartiger Rotor-Schlüsse sind beispielsweise in den Druckschriften
DE 820598 undDE 883439 beschrieben. Gemäß beiden Lösungen wird der Keil kraftschlüssig verspannt und anschließend stoffschlüssig in seiner Lage fixiert. - Jedoch entsteht 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 in Umfangsrichtung längs der Befestigungsnut gegeneinander verschieben. Das Zwischenstück kann sich dann aus den beispielsweise 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 eingebrachten Turbinenschaufeln 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 der fixierende 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 Turbinenschaufeln eine zu dem Verbindungselement korrespondierende Gegenkontur vorsieht. So gehen der Keil und die Turbinenschaufel miteinander eine Formschlußverbindung ein. - Nachteilig an den vorgenannten Ausführungsformen 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.
- Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Fixierung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine 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 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
- Mit diesem Verfahren werden vorteilhaft axiale Kräfte, die den Rotor verbiegen können und so erhöhte Rotorvibrationen hervorrufen, vermieden.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand 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 Rotor-Schluss in verschiedenen Montagestadien.
- Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Merkmale dargestellt.
-
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine 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 Lauf- oder Leitschaufeln eines Verdichters, einer Gasturbine oder einer anderen thermischen 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 denFig. 2 bis 4 schematisch dargestellt. DieFig. 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 Rotor-Schluss. Aus derFig. 2 ist ersichtlich, dass in den Montagezwischenspalt zuerst die Schlusshälften 41, 42 eingesetzt werden. 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 weiteren 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 werden vorteilhaft axiale Kräfte, die den Rotor 2 verbiegen können und so erhöhte Rotorvibrationen hervorrufen, vermieden.
-
- 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 (4)
- Verfahren zur Fixierung für eine Beschaufelung einer Strömungsmaschine, bei der längs einer Befestigungsnut (1) eine Anzahl von Schaufeln (31, 32) und Zwischenstücken eingebracht ist und zwischen wenigstens zwei innerhalb der Befestigungsnut (1) benachbart eingebrachten Schaufeln (31, 32) ein Montagezwischenspalt vorgesehen ist, umfassend folgende Verfahrenschritte:- alle Schaufeln (31, 32) und Zwischenstücke werden in die Befestigungsnut (1) eingesetzt bis nur noch der Montagezwischenspalt für einen 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 Zwischenraums (7) mit einer Verbindungsschweissung (10) verschweisst,dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verschweissen zwischen der Befestigungsnut (1) und jeweils einer Schlusshälfte (41, 42) Blechbeilagen (9) montiert werden, um ein axiales Spiel zwischen Befestigungsnut (1) und Rotor-Schluss zu erzielen, und die Blechbeilagen (9) nach dem Verschweissen wieder entfernt werden.
- 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) verschweisst werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaufeln (31, 32) Laufschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Rotors (2) oder Leitschaufeln in einer Befestigungsnut (1) eines Stators montiert werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung eines Verdichters oder einer Turbine montiert wird.
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