EP1524409B1 - Schaufelrückhaltevorrichtung - Google Patents

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EP1524409B1
EP1524409B1 EP04003299A EP04003299A EP1524409B1 EP 1524409 B1 EP1524409 B1 EP 1524409B1 EP 04003299 A EP04003299 A EP 04003299A EP 04003299 A EP04003299 A EP 04003299A EP 1524409 B1 EP1524409 B1 EP 1524409B1
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EP
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retaining ring
blade
retaining
accordance
arrangement
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Tim MÖLLER
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501—Elasticity

Definitions

  • the invention relates to a blade restraint according to the preamble of the main claim.
  • the invention relates to a blade restraining device for the axial fixation of blades on a disc of a gas turbine, wherein connected to the blade, provided with a profiled blade root is inserted into an appropriate axial profile of the profile of the disc and axially by means of a split retaining ring is fixed, wherein the retaining ring is at least partially received in a groove of the Schaufelfu ⁇ es.
  • a bucket restraint device for example, shows the US 6,234,756 B1 ,
  • the DE 18 30 030 U discloses a blade retention device having a retaining ring which has a substantially rectangular cross-section and is inserted in a circumferential annular groove of the disc.
  • the annular groove has a radially outer bearing surface for the retaining ring.
  • the invention has for its object to provide a blade retaining device of the type mentioned, which is easy to assemble with a simple structure and simple, cost-effective applicability and has a low space requirement.
  • the disc is provided with a circumferential annular groove which has an axially inner bearing surface for the retaining ring and that the retaining ring is elastically deformable at least in the axial direction.
  • the blade restraining device according to the invention is characterized by a number of significant advantages.
  • the blade restraining device according to the invention also allows installation in a multi-stage welded rotor in which at least one stage consists of blades which have an outlet opening in the blade root (micro-turbine).
  • the invention enables a favorable introduction of the centrifugal forces below the blade root and thus a low weight of blade and disc. This also extends the life of the entire arrangement.
  • the retaining ring can be configured as a sheet metal part, in comparison to the expensive forged parts known from the prior art.
  • Another significant advantage results from an easier and faster installation and removal and the resulting cost savings.
  • the installation of the blade restraint device according to the invention ensures a high repeatability and thus a high component reliability.
  • the annular groove is provided with at least one insertion opening. Through this insertion, the retaining ring can be inserted or removed easily and without damage.
  • the retaining ring consists of two or more layers of a metallic material, which are interconnected at one end of the retaining ring. As a result, the elasticity of the retaining ring is considerably increased. This in turn means that the retaining ring can be inserted into the groove and remains free of deformation in this.
  • the retaining ring is provided with an anti-rotation device in order to prevent the retaining ring from wandering in the circumferential direction.
  • the rotation is preferably formed in the form of a radially directed approach of the retaining ring, which is preferably provided at one end of the retaining ring.
  • the retaining ring can be inserted and fixed by means of the rotation.
  • the retaining ring has a strip-shaped cross section. By such a rectangular cross-section sufficient penetration of the retaining ring is ensured in the groove of the blade root or the disc.
  • the retaining ring according to the invention may be divided in the scope of several segments, for example in six segments.
  • the Fig. 1 shows a simplified representation of a rotatably mounted disc 2 of a gas turbine engine, to which a plurality of blades 1 are attached. Adjacent stator blades are provided with the reference numeral 10. Incidentally, reference may be made to the general structure of the prior art, so that it can be dispensed with its description.
  • the blades 1 each have a blade root 3, which is provided with a profile which is insertable into a profiled axial groove 5 of the disc 2.
  • a blade root 3 which is provided with a profile which is insertable into a profiled axial groove 5 of the disc 2.
  • the lower portions of the blade roots 3 are each provided with a circumferential groove 6.
  • the blade restraining device further comprises a divided into individual segments retaining ring 4, which is provided at its free end with a radially outwardly facing lug 9 (see in particular Fig. 6 ).
  • the annular groove 7 has one or more insertion openings 8, which are realized by an interruption of the abutment leg 11. Through these insertion 8, it is possible to insert the elastically deformable in the axial direction retaining ring 4, as can be seen from the illustrations of FIGS. 2 and 3 results.
  • upper disc grooves are also formed on the so-called disc fingers 12 (not shown), then the upper disc grooves would also have to be provided with corresponding insertion openings.
  • the retaining ring 4 After the retaining ring 4 has been threaded, this snaps by its elasticity in the grooves 6 and 7 and is thus secured.
  • This spring elasticity is caused in particular by the multi-layered design of the retaining ring 4.
  • the retaining ring 4 consists of two or more layers, which are all connected at one end, for example, welded.
  • the Versch discloseen can be done, for example, at the end at which the rotation is formed by means of the approach 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelrückhaltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Schaufelrückhaltevorrichtung für die axiale Fixierung von Schaufeln an einer Scheibe einer Gasturbine, wobei ein mit der Schaufel verbundener, mit einem Profil versehener Schaufelfuß in eine zu dem Profil passende Axialnut der Scheibe eingeschoben ist und mittels eines geteilten Halterings axial fixiert ist, wobei der Haltering zumindest teilweise in einer Nut des Schaufelfuβes aufgenommen ist.
  • Eine Schaufelrückhaltevorrichtung zeigt beispielsweise die US 6,234,756 B1 .
  • Weiterhin sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen zur axialen Fixierung von Schaufeln vorbekannt, die sich unterscheiden in Konstruktionen für Schaufeln eines Kompressors oder einer Turbine. Aus den unterschiedlichsten Konstruktionen ergeben sich eine Vielzahl spezifischer Nachteile, die spezielle konstruktive Voraussetzungen erfordern oder bei bestimmten konstruktiven Lösungen nicht einsetzbar sind.
  • Die DE 18 30 030 U offenbart eine Schaufelrückhaltevorrichtung mit einem Haltering, welcher einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und in eine umlaufende Ringnut der Scheibe eingelegt ist. Die Ringnut weist eine radial äußere Anlagefläche für den Haltering auf.
  • Aus der US 4 730 983 A ist eine umlaufende Ringnut mit einer radial inneren Anlagefläche vorbekannt, in welche ein Haltering einführbar ist.
  • Aus der GB 2 258 273 A ist es bekannt, einen umlaufenden Haltering vorzusehen, der in eine Nut der Scheibe eingesetzt ist. Auch hierbei zeigt die Scheibe eine radial innere Anlagefläche. Der Haltering ist jedoch in mehrere Segmente unterteilt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaufelrückhaltevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Anwendbarkeit einfach zu montieren ist und einen geringen Raumbedarf aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Scheibe mit einer umlaufenden Ringnut versehen ist, welche eine axial innere Anlagefläche für den Haltering aufweist und dass der Haltering zumindest in axialer Richtung elastisch verformbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Schaufelrückhaltevorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
  • Die erfindungsgemäße Schaufelrückhaltevorrichtung ermöglicht den Einbau auch bei einem mehrstufigen geschweißten Rotor, bei welchem mindestens eine Stufe aus Laufschaufeln besteht, die im Schaufelfuß eine Austrittsöffnung haben (Mikro-Turbine).
  • Die Erfindung ermöglicht eine günstige Einleitung der Fliehkräfte unterhalb des Schaufelfußes und dadurch ein niedriges Gewicht von Schaufel und Scheibe. Hierdurch ist auch die Lebensdauer der gesamten Anordnung zu verlängern.
  • Erfindungsgemäß ergeben sich niedrige Kosten des Schaufelrückhaltemechanismus, da dessen Teile einfach aufgebaut sind. Hierbei wirkt es sich besonders günstig aus, dass der Haltering als Blechteil ausgestaltet werden kann, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten teuren Schmiedeteilen.
  • Weiterhin ergibt sich erfindungsgemäß eine niedrige Strömungsverwirbelung, welche in niedrigen Strömungsverlusten resultiert, da eine stromlinienförmige Gestaltung der Schaufelrückhaltevorrichtung möglich ist.
  • Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ergibt sich durch einen leichteren und schnelleren Einbau bzw. Ausbau und durch die hieraus resultierenden Kostenersparnisse.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass das Beschädigungsrisiko für die Scheibe beim Einbau der Schaufelrückhaltevorrichtung auf 0 reduziert werden kann.
  • Der Einbau der erfindungsgemäßen Schaufelrückhaltevorrichtung gewährleistet eine hohe Wiederholgenauigkeit und damit eine hohe Bauteilzuverlässigkeit.
  • In günstiger Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ringnut mit zumindest einer Einführöffnung vorgesehen ist. Durch diese Einführöffnung kann der Haltering einfach und beschädigungsfrei eingeschoben bzw. entfernt werden.
  • Der Haltering besteht aus zwei oder mehr Lagen eines metallischen Werkstoffs , welche an einem Ende des Halterings miteinander verbunden sind. Hierdurch wird die Elastizität des Halterings erheblich erhöht. Dies wiederum führt dazu, dass der Haltering in die Nut eingeschoben werden kann und verformungsfrei in dieser verbleibt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Haltering mit einer Verdrehsicherung versehen ist, um ein Wandern des Halterings in Umfangsrichtung zu vermeiden. Die Verdrehsicherung ist bevorzugter Weise in Form eines radial gerichteten Ansatzes des Halterings ausgebildet, der bevorzugter Weise an einem Ende des Halterings vorgesehen ist. Somit kann der Haltering eingeschoben und mittels der Verdrehsicherung fixiert werden.
  • Besonders günstig ist es, wenn der Haltering einen streifenförmigen Querschnitt hat. Durch einen derartigen rechteckigen Querschnitt ist ein ausreichendes Eindringen des Halterings in die Nut des Schaufelfußes bzw. der Scheibe gewährleistet.
  • Der Haltering kann erfindungsgemäß im Umfang in mehrere Segmente geteilt sein, beispielsweise in sechs Segmente.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Teil-Seiten-Schnittansicht der Einbausituation der erfindungsgemäßen Schaufelrückhaltevorrichtung,
    Fig. 2
    eine vergrößerte Teil-Ansicht in radialer Richtung von außen auf den Montagevorgang des Halterings,
    Fig. 3
    eine vergrößerte Darstellung der Ansicht gemäß Fig. 2,
    Fig. 4
    eine axiale Teil-Ansicht der erfindungsgemäßen Schaufelrückhaltevorrichtung im montierten Zustand,
    Fig. 5
    eine perspektivische Teil-Ansicht der in Fig. 4 gezeigten Situation, und
    Fig. 6
    eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Halterings.
  • Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine drehbar gelagerte Scheibe 2 eines Gasturbinentriebwerks, an welcher mehrere Schaufeln 1 befestigt sind. Benachbarte Statorschaufeln sind mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Im Übrigen kann zu dem generellen Aufbau auf den Stand der Technik Bezug genommen werden, sodass auf dessen Beschreibung verzichtet werden kann.
  • Wie sich insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ergibt, weisen die Schaufeln 1 jeweils einen Schaufelfuß 3 auf, der mit einem Profil versehen ist, welches in eine profilierte Axialnut 5 der Scheibe 2 einführbar ist. Insofern wird hinsichtlich der detaillierten Ausgestaltung ebenfalls auf den Stand der Technik verwiesen.
  • Die unteren Bereiche der Schaufelfüße 3 sind jeweils mit einer Umfangsnut 6 versehen.
  • Die Scheibe 2 weist, wie am deutlichsten aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine Ringnut 7 auf, die radial nach außen geöffnet ist und einen Anlageschenkel 11 hat, so wie sich dies aus Fig. 1 ergibt.
  • Die erfindungsgemäße Schaufelrückhaltevorrichtung umfasst weiterhin einen in einzelne Segmente unterteilten Haltering 4, der an seinem freien Ende mit einem radial nach außen weisenden Ansatz 9 versehen ist (siehe insbesondere Fig. 6).
  • Die Ringnut 7 weist eine oder mehrere Einführöffnungen 8 auf, die durch eine Unterbrechung des Anlageschenkels 11 realisiert sind. Durch diese Einführöffnungen 8 ist es möglich, den in Axialrichtung elastisch verformbaren Haltering 4 einzuschieben, so wie sich dies aus den Darstellungen der Fig. 2 und 3 ergibt.
  • Beim Einbau werden somit die beiden Bleche (siehe Fig. 2 und 3) des Halterings 4 elastisch gebogen und durch die Einführöffnung 8 in die Nuten 6 und 7 eingefädelt. Die Einführöffnung 8 besteht, wie erwähnt, aus einer Aussparung in der unteren Ringnut 7.
  • Sollten auch obere Scheibennuten auf den sogenannten Scheibenfingern 12 ausgebildet sein (nicht dargestellt), dann müssten auch die oberen Scheibennuten mit entsprechenden Einführöffnungen versehen sein.
  • Nachdem der Haltering 4 eingefädelt wurde, schnappt dieser durch seine Elastizität in die Nuten 6 und 7 ein und ist damit gesichert. Diese Federelastizität wird insbesondere durch die mehrlagige Ausgestaltung des Halterings 4 hervorgerufen. Hierzu ist, wie erwähnt, vorgesehen, dass der Haltering 4 aus zwei oder mehr Lagen besteht, die alle an einem Ende verbunden, beispielsweise verschweißt sind. Das Verscheißen kann beispielsweise an dem Ende erfolgen, an dem die Verdrehsicherung mittels des Ansatzes 9 ausgebildet ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schaufel
    2
    Scheibe
    3
    Schaufelfuß
    4
    Halterung
    5
    Axialnut von 2
    6
    Nut von 3
    7
    Ringnut
    8
    Einführöffnung
    9
    Ansatz
    10
    Statorschaufel
    11
    Anlageschenkel
    12
    Scheibenfinger

Claims (8)

  1. Schaufelrückhaltevorrichtung (1) für die axiale Fixierung von Schaufeln (1) an einer Scheibe (2),umfassend eine Scheibe (2), Schaufeln (4) und einen geteilten Haltering (4), wobei ein mit der Schaufel (1) verbundener, mit einem Profil versehener Schaufelfuß (3) in eine zu dem Profil passende Axialnut (5) der Scheibe (2) eingeschoben ist und mittels des geteilten Halterings (4) axial fixiert ist, wobei der Haltering (4) zumindest teilweise in einer Nut (6) des Schaufelfußes (3) aufgenommen ist, wobei die Scheibe (2) mit einer umlaufenden Ringnut (7) versehen ist, welche eine radial innere Anlagefläche für den Haltering (4) aufweist und dass der Haltering (4) zumindest in axialer Richtung elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (4) aus zwei oder mehr Lagen besteht, welche an einem Ende des Halterings (4) miteinander verbunden sind.
  2. Schaufelrückhaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (7) mit zumindest einer Einführöffnung (8) versehen ist.
  3. Schaufelrückhaltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung für den Haltering (4) vorgesehen ist.
  4. Schaufelrückhaltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung einen radial gerichteten Ansatz (9) des Halterings (4) umfasst.
  5. Schaufelrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung an einem Ende des Halterings (4) ausgebildet ist.
  6. Schaufelrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (4) einen streifenförmigen Querschnitt hat.
  7. Schaufelrückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (4) in Umfangsrichtung in Segmente geteilt ist.
  8. Schaufelrückhaltevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Segmente vorgesehen sind.
EP04003299A 2003-10-16 2004-02-13 Schaufelrückhaltevorrichtung Expired - Lifetime EP1524409B1 (de)

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DE10348198A DE10348198A1 (de) 2003-10-16 2003-10-16 Schaufelrückhaltevorrichtung
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EP1524409A2 EP1524409A2 (de) 2005-04-20
EP1524409A3 EP1524409A3 (de) 2007-01-24
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