EP1548232A1 - Strömungsmaschine mit einem Leitschaufelträger und Verfahren zum Montieren von Leitschaufeln an einen Leitschaufelträger - Google Patents

Strömungsmaschine mit einem Leitschaufelträger und Verfahren zum Montieren von Leitschaufeln an einen Leitschaufelträger Download PDF

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EP1548232A1
EP1548232A1 EP03029771A EP03029771A EP1548232A1 EP 1548232 A1 EP1548232 A1 EP 1548232A1 EP 03029771 A EP03029771 A EP 03029771A EP 03029771 A EP03029771 A EP 03029771A EP 1548232 A1 EP1548232 A1 EP 1548232A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vane
groove
feet
press
vanes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03029771A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Schulten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP03029771A priority Critical patent/EP1548232A1/de
Priority to EP04797660A priority patent/EP1697618B1/de
Priority to PCT/EP2004/012553 priority patent/WO2005066463A1/de
Publication of EP1548232A1 publication Critical patent/EP1548232A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings

Definitions

  • the invention relates to a turbomachine, in particular a compressor, according to the preamble of claim 1, a Gas turbine according to the preamble of claim 11, a annular guide vane carrier for a turbomachine for fixing vanes according to the preamble of Claim 12 and a method for mounting vanes on an annular guide vane carrier of a turbomachine according to the preamble of claim 13.
  • Gas turbines coupled to generators become converters used by fossil energy in electrical energy.
  • a Gas turbine points to along its rotor shaft in the flow direction the gases a compressor, a combustion chamber and a Turbine unit on.
  • the compressor air is mixed with a fuel and the combustion chamber supplied.
  • the mixture burns too a hot gaseous working fluid and flows into the Buckets provided turbine unit.
  • the on the housing of Turbine unit attached vanes direct the working fluid on the rotor blades attached to the rotor so that these put the rotor in a rotary motion.
  • the so recorded Rotational energy of the rotor is through the rotor coupled generator converted into electrical energy. Furthermore, it is used to drive the compressor.
  • the object of the invention is to provide a turbomachine, in particular a compressor, with reduced flow losses specify. Furthermore, it is the object of the invention specify a gas turbine and a vane carrier. Another object of the invention is a method of mounting of vanes on an annular vane support a turbomachine.
  • the solution of the task directed at the turbomachine provides that the fastening means at least one in the groove bottom the circumferential groove extending along its circumference groove-shaped Recess and several arranged therein annular Press segments include, which under bias against the Press vane feet.
  • the invention is based on the knowledge that everyone Guide vane or each Leitschaufelfuß at least one press segment assigned.
  • a press segment is provided in the groove bottom of the circumferential groove a groove-shaped recess.
  • the pressing segments create one Preload, which the Leitschaufelfuß to the undercuts the circumferential groove presses, so that the vane one firm and secure fit without play.
  • the press segments will achieved by the press segments that no costly manual fitting required during assembly of the guide vanes is. Comparatively large tolerances of the circumferential groove and the Guide vanes are cost-reducing possible.
  • each press segment is located.
  • a vane or a Leitschaufelfuß of a pair of press segments pressed against the undercuts of the circumferential groove.
  • Only one press segment could the Leitschaufelfuß to one Contact surface on which the pressing segment bears against the guide blade root, tilt, or the guide blade foot unevenly to the press both undercuts.
  • each pressing segment in the circumferential direction at least two sections includes, wherein one of the sections in the radial direction has an excess to form the bias voltage.
  • the assembly is the Leitschaufelfuß already in the Recess provided press segment in an operating position postponed. Because the vane or its platform in the circumferential direction can be wider than the vane foot is It makes sense, the excess only in the section of the press segment to provide, in the operating position the Leitschaufelfuß contacted. Because the other sections only during the move process come into contact with the vane foot, an oversize provided here would be the initial move prevent. Furthermore serve the one or the other Sections of the press segment in the circumferential direction as a stop surface for subsequently installed press segments, the then be in the correct operating position.
  • the recess has an inner support wall as an abutment on which the press segment is supported.
  • the oversize is slightly larger than the distance from the vane root to the inner support wall.
  • a shift in the circumferential direction of the mounted vanes is prevented if at least in the vane ring a fuse element a vane against displacement secures in the circumferential direction.
  • the vane foot can be more compact and be made narrower, so that manufacturing processes like Forging or milling with little use of material per blank possible are.
  • the platform element can be additionally made a cheaper material, e.g. ST37 as the vane.
  • the turbomachine is a compressor.
  • the task directed to the gas turbine is by the Features of claim 11 and on the vane carrier directed object solved by the features of claim 12.
  • the task directed to the method is characterized by the features of claim 13 solved.
  • turbomachine applies mutatis mutandis also for the gas turbine, the vane carrier and for the Method.
  • FIG. 5 shows a gas turbine 1 in a longitudinal partial section. It has a rotatably mounted about an axis of rotation 2 inside Rotor 3, which also referred to as turbine rotor or rotor shaft becomes. Along the rotor 3 follow one another Intake housing 4, a compressor 5, a toroidal annular combustion chamber 6 with a plurality of coaxially arranged burners 7, a turbine 8 and the exhaust housing 9.
  • annular compressor passage 10 is provided, in the direction of the annular combustion chamber 6 in cross section rejuvenated.
  • a diffuser 11 is arranged, which communicates with the annular combustion chamber 6 is in fluid communication.
  • the annular combustion chamber 6 forms a combustion chamber 12 for a mixture of a Fuel and compressed air.
  • An arranged in the turbine 8 Hot gas duct 13 is connected to the combustion chamber 12 in Flow connection, wherein the hot gas duct 13, the exhaust housing 9 is subordinate.
  • each alternating Shovel rings In the compressor duct 10 and in the hot gas duct 13 are each alternating Shovel rings arranged. It follows one from vanes 14 formed Leitschaufelring 15 each one out Blades 16 formed blade ring 17.
  • the fixed Guide vanes 14 are in this case with a guide vane carrier 18 connected, whereas where the blades 16 on the rotor. 3 are connected by a disc 19.
  • the gas turbine 1 During operation of the gas turbine 1 is from the compressor. 5 sucked air through the intake housing 4 and in the compressor duct 10 compacted. One at the burner end of the compressor 5 provided air L is through the diffuser 11th led to the burners 7 and mixed there with a fuel. The mixture is then made to form a working fluid 20 burned in the combustion chamber 12. From there flows the working fluid 20 in the hot gas duct 13. At the in the Turbine 8 arranged vanes 14 and on the blades 16 the working fluid 20 relaxes momentum, so that the rotor 3 is driven and with it one on it coupled machine (not shown).
  • Fig. 1 shows a section through a vane carrier 18 and a freestanding vane 14.
  • the annular Guide vane 18 has at its the compressor passage 10th facing wall on an inner circumferential groove 21. On whose Side walls 22 are each formed by a projection 23 Undercuts 24 provided.
  • the groove base 25 are further arranged two groove-shaped recesses 26, the may also be formed as further circumferential grooves.
  • the recesses 26 protrude with a radial depth in the vane support 18 in, which is larger than that Width B of its opening in the groove base 25.
  • the vane 14 extends with its vane root 27 in the circumferential groove 21 inside.
  • the Leitschaufelfuß 27 complementary to the undercuts 24 of the circumferential groove 21, that is T-shaped, formed, so that the guide vane 14th is held in the circumferential groove 21.
  • a compressor passage 10 radially outwardly limiting Platform 29 provided from which the freestanding Airfoil profile 28 extends into the compressor passage 10 inside.
  • each pressing segments 30 are arranged, the Leitschaufelfuß 27 with a bias to the Projections 23 of the circumferential groove 21 presses.
  • Fig. 2 shows the vane support 18 and the vane 14 according to the section II-II of Fig. 1.
  • a Platform element 32 is provided, which the compressor duct 10 limited radially outward.
  • the platform element 32 analogous to a Leitschaufelfußes 27 in the circumferential groove 21st hooked.
  • the pressing segment 30 Radially viewed from outside to inside is the pressing segment 30 with a support surface 40 on the support wall 31 at.
  • the Pressing segment 30 points into a first section 34 (FIG. 4) his Leitschaufelfuß 27 side facing a contact surface 33, which rests on the guide blade foot 27 and this pressed against the projections 23.
  • a second section 35 is a surface 36 which springs back against the contact surface 33, facing the platform element 32.
  • In the operating position is the surface 36 of the back of a to the vane 14 adjacent the platform member 32 without contact or with only comparatively low bias towards.
  • Fig. 3 shows a section through Fig. 1 according to the sectional plane III-III.
  • the platform element 32 Between two vanes 14 is the platform element 32 arranged.
  • the circumferential groove 21 extends in the circumferential direction U, wherein on the side walls 22, the undercuts 24 are shown.
  • In the groove base 25 are two recesses 26 with Abstütz alloyn 31.
  • In the in Fig. 3 left recess 26 is a press segment 30 is arranged, whose surface 36 is shown.
  • the platform element 32 has at one of the vane 14 facing end side a recess 37, in which a tool with a Lever is introduced to the vane 14 for disassembly from the contact surface 33 in the direction of the surface 36 to push and thus solve them.
  • vanes 14 and the platform elements 32 themselves due to tolerances and transient thermal expansions in Can not move the circumferential direction U, for example, each third platform element 32 by a securing element 38, which in a further recess 39 of the flow away Side of the vane 14 is introduced, fixed become.
  • the pressing segments 30 and securing elements 38 are located between vane support 18 and the guide vanes 14 and the platform elements 32 so that they do not enter the compressor duct 10 can get into it.
  • FIG 4 shows the pressing segment 30 with the first section 34 and the second section 35.
  • the contact surface 33 is spaced from the opposing supporting surface 40 at a distance B 1 .
  • the surface 36 is spaced from the opposite Abstützflache 40 at a further distance B 2 .
  • the distance B 1 is greater than the distance B 2 .
  • the distance B 1 corresponds to a distance S ( Figure 1), which is measured between the support wall 31 and the Leitschaufelfuß, plus an oversize of about 0.3 mm.
  • the section 35 without oversize has a distance B 2 which can correspond approximately to the distance S.
  • a Press segment 30 introduced for mounting a vane 14 on the vane carrier 18 is first in each groove-shaped recess 26 a Press segment 30 introduced. Either then can the vane 14 by radially inwardly moving into the circumferential groove 21st be introduced with subsequent twisting, so that the on the guide blade foot 27 provided T-shaped projections the Behind undercut 24. Or they are in the circumferential groove 21 inserted, if this one suitable Has opening, such as the parting line of the housing. Subsequently the vane 14 is in the direction of the free Press segments 30 shifted until the Leitschaufelfuß 27 the Surface 36 of the pressing segments 30 covered and on the protruding Contact surface 33 abuts.
  • a construction without platform elements 32 is also conceivable, when the platforms 29 of the guide vanes 14 in the circumferential direction U are made so wide that they are the one of the Platform elements 32 filled space bridged.
  • the pressing segments 30 remain unchanged.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird eine Strömungsmaschine vorgestellt, die bezogen auf einen Rotor (3) im gleichen Winkelabstand sich radial erstreckende Leitschaufeln (14,16) mit radial außenliegenden Leitschaufelfüßen (27) aufweist, die einen Leitschaufelring (15) bilden, wobei die Leitschaufelfüße (27) an einem ringförmigen Leitschaufelträger (18) gehalten sind, der eine innere Umfangsnut (21) mit Hinterschneidungen (24) aufweist, welche die Leitschaufelfüße (27) hintergreifen. Zwischen das Leitschaufelträger (18) und Leitschaufelfüßen (27) sind Befestigungsmitteln vorgesehen, welche die Leitschaufelfüße (27) an die Hinterschneidungen (24) pressen. Die Befestigungsmittel umfassen, zumindest eine im Nutgrund (25) der Umfangsnut (21) entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung (26) und mehrere sich darin angeordnete ringförmige Presssegmente (30), welche unter Vorspannung (23) gegen die Leitschaufelfüße (27) drücken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Verdichter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11, einen ringförmigen Leitschaufelträger für eine Strömungsmaschine zum Befestigen von Leitschaufeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 und ein Verfahren zum Montieren von Leitschaufeln an einem ringförmigen Leitschaufelträger einer Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
An Generatoren angekoppelte Gasturbinen werden zur Umwandlung von fossiler Energie in elektrische Energie eingesetzt. Eine Gasturbine weist dazu entlang ihrer Rotorwelle in Strömungsrichtung der Gase einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbineneinheit auf. Beim Betrieb der Gasturbine saugt der Verdichter Umgebungsluft an und verdichtet diese. Anschließend wird die Verdichterluft mit einem Brennmittel vermischt und der Brennkammer zugeführt. Dort verbrennt das Gemisch zu einem heißen gasförmigen Arbeitsmedium und strömt in die mit Schaufeln versehene Turbineneinheit ein. Die am Gehäuse der Turbineneinheit befestigten Leitschaufeln lenken das Arbeitsmedium auf die am Rotor befestigten Laufschaufeln, so dass diese den Rotor in eine Drehbewegung versetzen. Die so aufgenommene Rotationsenergie des Rotors wird durch den am Rotor angekoppelten Generator in elektrische Energie umgewandelt. Ferner wird sie zum Antrieb des Verdichters genutzt.
Aus der DE 44 36 731 ist ein Verdichter mit einem als Gehäuse ausgeführten Leitschaufelträger zum Halten von freistehenden Leitschaufeln bekannt. An der Innenseite des Leitschaufelträgers ist eine Umfangsnut mit Hinterschneidungen vorgesehen. Das Gehäuse ist in zwei Hälften unterteilt, so dass bei offenem Gehäuse die Leitschaufeln zur Montage in die aufgeteilte Umfangsnut eingesetzt und entlang dieser verschoben werden können. Ferner ist beschrieben, dass zwischen den Leitschaufeln vorgesehene Zwischenstücke durch eingelegte Unterlagen fixiert werden.
Die Umfangsnut und die dazu komplementär ausgebildeten Leitschaufelfüße der Leitschaufeln sind dabei mit radialem Spiel in der Umfangsnut eingesetzt.
Das radiale Spiel der freistehenden Leitschaufeln kann jedoch zu Strömungsverlusten in der zu komprimierenden Luft führen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Strömungsmaschine, insbesondere einen Verdichter, mit verminderten Strömungsverlusten anzugeben. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbine und einen Leitschaufelträger dazu anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Montieren von Leitschaufeln an einem ringförmigen Leitschaufelträger einer Strömungsmaschine.
Die Lösung der auf die Strömungsmaschine gerichteten Aufgabe sieht vor, dass die Befestigungsmittel zumindest eine im Nutgrund der Umfangsnut entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung und mehrere darin angeordnete ringförmige Presssegmente umfassen, welche unter Vorspannung gegen die Leitschaufelfüße pressen.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass jeder Leitschaufel bzw. jedem Leitschaufelfuß zumindest ein Presssegment zugeordnet ist. Zur Aufnahme eines Presssegments ist im Nutgrund der Umfangsnut eine nutförmige Ausnehmung vorgesehen. Im montierten Zustand erzeugen die Presssegmente eine Vorspannung, die den Leitschaufelfuß an die Hinterschneidungen der Umfangsnut presst, so dass die Leitschaufel einen festen und sicheren Sitz ohne Spiel aufweist. Ferner wird durch die Presssegmente erreicht, dass keine kostenintensive manuelle Anpassarbeit bei der Montage der Leitschaufeln nötig ist. Vergleichsweise große Toleranzen der Umfangsnut und der Leitschaufelfüße sind dabei kostenmindernd möglich.
Besonders vorteilhaft ist die Weiterbildung, bei der im Nutgrund zwei nutförmige Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen sich jeweils Presssegmente befinden. Somit wird eine Leitschaufel bzw. ein Leitschaufelfuß von einem Paar Presssegmente an die Hinterschneidungen der Umfangsnut gepresst. Mit nur einem Presssegment könnte der Leitschaufelfuß um eine Kontaktfläche, an der das Presssegment am Leitschaufelfuß anliegt, kippen, oder den Leitschaufelfuß ungleichmäßig an die beiden Hinterschneidungen anpressen.
Wenn die in einer Ausnehmung angeordneten Presssegmente in Umfangsrichtung aneinanderliegend einen Presssegmentring bilden, so können alle Presssegmente gleich ausgebildet sein und zur Montage einfach nacheinander aneinander geschoben werden. Die reduziert die Herstellungs- und die Montagekosten.
Eine einfache Montage einer Leitschaufel lässt sich erzielen, wenn jedes Presssegment in Umfangsrichtung zumindest zwei Abschnitte umfasst, wobei einer der Abschnitte in Radialrichtung ein Übermaß zur Bildung der Vorspannung aufweist. Bei der Montage wird der Leitschaufelfuß über ein bereits in der Ausnehmung vorgesehenes Presssegment in eine Betriebslage verschoben. Da die Leitschaufel oder deren Plattform in Umfangsrichtung breiter sein kann als der Leitschaufelfuß, ist es sinnvoll, das Übermaß nur in dem Abschnitt des Presssegments vorzusehen, der in der Betriebslage den Leitschaufelfuß kontaktiert. Da die anderen Abschnitte nur während des Verschiebevorgangs mit dem Leitschaufelfuß in Berührung kommen, würde ein hier vorgesehenes Übermaß den anfänglichen Verschiebevorgang hindern. Weiterhin dienen der oder die restlichen Abschnitte des Presssegments in Umfangsrichtung als Anschlagsfläche für nachfolgend eingebaute Presssegmente, die sich dann in richtiger Betriebslage befinden.
Zweckmäßigerweise weist die Ausnehmung eine innere Abstützwand als Gegenlager auf, an der das Presssegment sich abstützt. Das Übermaß ist geringfügig größer als der Abstand vom Leitschaufelfuß zur inneren Abstützwand.
Eine Verschiebung in Umfangsrichtung der montierten Leitschaufeln wird verhindert, wenn im Leitschaufelring zumindest ein Sicherungselement eine Leitschaufel gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung sichert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln eines Leitschaufelrings Plattformelemente vorgesehen. Der Leitschaufelfuß kann kompakter und schmaler gestaltet werden, so dass Herstellungsverfahren wie Schmieden oder Fräsen mit wenig Materialeinsatz pro Rohteil möglich sind. Das Plattformelement kann dabei zusätzlich aus einem preiswerteren Material, wie z.B. ST37, gefertigt werden als die Leitschaufel.
Zur Demontage der Leitschaufeln ist es sinnvoll, eine Aussparung an den Plattformelementen vorzusehen. Mittels eines Werkzeuges kann dann der Leitschaufelfuß gegenüber dem Presssegment verschoben werden, bis beide gelöst sind.
Vorzugsweise ist die Strömungsmaschine ein Verdichter.
Die auf die Gasturbine gerichtete Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 11 und die auf den Leitschaufelträger gerichtete Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst.
Die Vorteile der Strömungsmaschine gelten dabei sinngemäß auch für die Gasturbine, den Leitschaufelträger und für das Verfahren.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1
einen Schnitt durch einen Leitschaufelträger mit einer Leitschaufel,
Fig. 2
einen Schnitt durch einen Leitschaufelträger gemäß II-II,
Fig. 3
einen Schnitt durch einen Leitschaufelträger gemäß Schnitt III-III,
Fig. 4
ein Presssegment und
Fig. 5
einen Längsteilschnitt durch eine Gasturbine.
Die Fig. 5 zeigt eine Gasturbine 1 in einem Längsteilschnitt. Sie weist im Inneren einen um eine Drehachse 2 drehgelagerten Rotor 3 auf, der auch als Turbinenläufer oder Rotorwelle bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 4, ein Verdichter 5, eine torusartige Ringbrennkammer 6 mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 7, eine Turbine 8 und das Abgasgehäuse 9.
Im Verdichter 5 ist ein ringförmiger Verdichterkanal 10 vorgesehen, der sich in Richtung der Ringbrennkammer 6 im Querschnitt verjüngt. Am brennkammerseitigen Ausgang des Verdichters 5 ist ein Diffusor 11 angeordnet, der mit der Ringbrennkammer 6 in Strömungsverbindung steht. Die Ringbrennkammer 6 bildet einen Verbrennungsraum 12 für ein Gemisch aus einem Brennmittel und verdichteter Luft. Ein in der Turbine 8 angeordneter Heißgaskanal 13 ist mit dem Verbrennungsraum 12 in Strömungsverbindung, wobei dem Heißgaskanal 13 das Abgasgehäuse 9 nachgeordnet ist.
Im Verdichterkanal 10 und im Heißgaskanal 13 sind jeweils alternierend Schaufelringe angeordnet. Es folgt einem aus Leitschaufeln 14 gebildeten Leitschaufelring 15 jeweils ein aus Laufschaufeln 16 gebildeter Laufschaufelring 17. Die feststehenden Leitschaufeln 14 sind dabei mit einem Leitschaufelträger 18 verbunden, wo hingegen die Laufschaufeln 16 am Rotor 3 mittels einer Scheibe 19 verbunden sind.
Während des Betriebes der Gasturbine 1 wird vom Verdichter 5 durch das Ansauggehäuse 4 Luft angesaugt und im Verdichterkanal 10 verdichtet. Eine am brennerseitigen Ende des Verdichters 5 bereitgestellt Luft L wird durch den Diffusor 11 zu den Brennern 7 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung eines Arbeitsfluids 20 im Verbrennungsraum 12 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsfluid 20 in den Heißgaskanal 13. An den in der Turbine 8 angeordneten Leitschaufeln 14 und an den Laufschaufeln 16 entspannt sich das Arbeitsfluid 20 impulsübertragend, so dass der Rotor 3 angetrieben wird und mit ihm eine an ihm angekoppelte Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Leitschaufelträger 18 und eine freistehende Leitschaufel 14. Der ringförmige Leitschaufelträger 18 weist an seiner dem Verdichterkanal 10 zugewandten Wand eine innere Umfangsnut 21 auf. An dessen Seitenwänden 22 sind jeweils durch einen Vorsprung 23 gebildete Hinterschneidungen 24 vorgesehen. Im Nutgrund 25 sind ferner zwei nutenförmige Ausnehmungen 26 angeordnet, die ebenfalls als weitere Umfangsnuten ausgebildet sein können. Die Ausnehmungen 26 ragen dabei mit einer radialen Tiefe in den Leitschaufelträger 18 hinein, die größer ist als die Breite B ihrer Öffnung im Nutgrund 25.
Die Leitschaufel 14 erstreckt sich mit ihrem Leitschaufelfuß 27 in die Umfangsnut 21 hinein. Dabei ist der Leitschaufelfuß 27 komplementär zu den Hinterschneidungen 24 der Umfangsnut 21, also T-förmig, ausgebildet, so dass die Leitschaufel 14 in der Umfangsnut 21 gehalten wird. Am Leitschaufelfuß 27 ist eine den Verdichterkanal 10 radial nach außen begrenzende Plattform 29 vorgesehen, von der aus sich das freistehende Schaufelblattprofil 28 in den Verdichterkanal 10 hinein erstreckt.
In den Ausnehmungen 26 sind jeweils Presssegmente 30 angeordnet, die den Leitschaufelfuß 27 mit einer Vorspannung an die Vorsprünge 23 der Umfangsnut 21 presst.
Fig. 2 zeigt den Leitschaufelträger 18 und die Leitschaufel 14 gemäß dem Schnitt II-II der Fig. 1. Zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln 14 eines Leitschaufelrings 15 ist ein Plattformelement 32 vorgesehen, welches den Verdichterkanal 10 radial nach außen begrenzt. Dabei ist das Plattformelement 32 analog eines Leitschaufelfußes 27 in der Umfangsnut 21 verhakt.
Radial von außen nach innen betrachtet liegt das Presssegment 30 mit einer Abstützfläche 40 an der Abstützwand 31 an. Das Presssegment 30 weist in einen ersten Abschnitt 34 (Fig.4) an seiner dem Leitschaufelfuß 27 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 33 auf, die am Leitschaufelfuß 27 anliegt und diesen gegen die Vorsprünge 23 presst. In einem zweiten Abschnitt 35 ist eine Fläche 36, die gegenüber der Kontaktfläche 33 zurückspringt, dem Plattformelement 32 zugewandt. In der Betriebslage liegt die Fläche 36 der Rückseite eines zur Leitschaufel 14 benachbarten des Plattformelements 32 berührungslos oder mit nur vergleichsweise geringer Vorspannung gegenüber.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch Fig. 1 gemäß der Schnittebene III-III. Zwischen zwei Leitschaufeln 14 ist das Plattformelement 32 angeordnet. Die Umfangsnut 21 verläuft dabei in Umfangsrichtung U, wobei an deren Seitenwänden 22 die Hinterschneidungen 24 gezeigt sind. Im Nutgrund 25 befinden sich zwei Ausnehmungen 26 mit Abstützwänden 31. In der in Fig. 3 links dargestellten Ausnehmung 26 ist ein Presssegment 30 angeordnet, dessen Fläche 36 gezeigt ist. Das Plattformelement 32 weist an einer der Leitschaufel 14 zugewandten Stirnseite eine Aussparung 37 auf, in welches ein Werkzeug mit einem Hebel einbringbar ist, um die Leitschaufel 14 zur Demontage von der Kontaktfläche 33 in Richtung der Fläche 36 zu schieben und sie somit zu lösen.
Damit die Leitschaufeln 14 und die Plattformelemente 32 sich aufgrund von Toleranzen und instationären Wärmedehnungen in Umfangsrichtung U nicht verschieben, kann beispielsweise jedes dritte Plattformelement 32 durch ein Sicherungselement 38, welches in eine weitere Aussparung 39 der strömungsabgewandten Seite der Leitschaufel 14 eingebracht ist, fixiert werden.
Die Presssegmente 30 und Sicherungselemente 38 befinden sich zwischen Leitschaufelträger 18 und den Leitschaufeln 14 bzw. den Plattformelementen 32, so dass sie nicht in den Verdichterkanal 10 hineingelangen können.
Fig. 4 zeigt das Presssegment 30 mit dem ersten Abschnitt 34 und dem zweiten Abschnitt 35. Im ersten Abschnitt 34 ist die Kontaktfläche 33 zur gegenüberliegenden Abstützflache 40 in einem Abstand B1 beabstandet. Im zweiten Abschnitt 35 ist die Fläche 36 zur gegenüberliegenden Abstützflache 40 in einem weiteren Abstand B2 beabstandet. Der Abstand B1 ist größer als der Abstand B2.
Der Abstand B1 entspricht einem Abstand S (Fig.1) , der zwischen der Abstützwand 31 und dem Leitschaufelfuß gemessen wird, zuzüglich eines Übermaßes von ca. 0,3 mm. Der Abschnitt 35 ohne Übermaß weist dagegen einen Abstand B2 auf, der annähernd dem Abstand S entsprechen kann.
Weil der Abstand B2 um ca. 0,3 mm größer ist als der Abstand S, wirkt in der Betriebslage eine durch das Presssegment 30 erzeugte Vorspannung auf den Leitschaufelfuß 27, der diesen an die Hinterschneidung 24 presst und fixiert.
Zur Montage einer Leitschaufel 14 an dem Leitschaufelträger 18 wird zuerst in jede nutförmige Ausnehmung 26 jeweils ein Presssegment 30 eingebracht. Entweder kann dann die Leitschaufel 14 durch radiales Hineinbewegen in die Umfangsnut 21 mit anschließendem Verdrehen eingebracht werden, so dass die am Leitschaufelfuß 27 vorgesehenen T-förmigen Vorsprünge die Hinterschneidung 24 hintergreifen. Oder sie werden in die Umfangsnut 21 eingeschoben, wenn diese eine dafür geeignete Öffnung aufweist, wie z.B. die Teilfuge des Gehäuses. Anschließend wird die Leitschaufel 14 in Richtung der freien Presssegmente 30 verschoben, bis der Leitschaufelfuß 27 die Fläche 36 der Presssegmente 30 überdeckt und an der hervorstehenden Kontaktfläche 33 anstößt. Mit einem Werkzeug und mit erhöhtem Kraftaufwand kann nun die Leitschaufel 14 über die Kontaktfläche 33 geschoben werden, bis der Leitschaufelfuß 27 die Kontaktfläche 33 vollständig überdeckt. Dabei wird ein Teil des Übermaßes vom Leitschaufelfuß 27 abgerieben. Die im Presssegment 30 herrschende Vorspannung presst dann den Leitschaufelfuß 27 von außen gegen die Hinterschneidung 24 der Umfangsnut 21. Somit ist eine sichere und vorbestimmte Lage der Leitschaufel 14 gegeben.
Eine Konstruktion ohne Plattformelemente 32 ist auch denkbar, wenn die Plattformen 29 der Leitschaufeln 14 in Umfangsrichtung U so breit ausgestaltet werden, dass sie den von den Plattformelementen 32 überbrückten Raum ausfüllen. Die Presssegmente 30 bleiben dabei unverändert.
Durch die Presssegmente 30 wird erreicht, dass keine kostenintensive manuelle Anpassarbeit bei der Montage der Leitschaufeln 14 nötig ist. Ferner ist die Umfangsnut 21 und sind die Leitschaufelfüße 27 mit vergleichsweise großen Toleranzen herstellbar. Die Plattformelemente 32 als auch die Presssegmente 30 können aus dem kostengünstigen Material ST37 gefertigt sein.
Die Anwendung der Erfindung auf Dampfturbinen wäre auch denkbar.

Claims (13)

  1. Strömungsmaschine, insbesondere Verdichter (5),
    die bezogen auf einen Rotor (3) im gleichen Winkelabstand sich radial erstreckende Leitschaufeln (14, 16) mit außenliegenden Leitschaufelfüßen (27) aufweist, die einen Leitschaufelring (15) bilden,
    wobei die Leitschaufelfüße (27) an einem ringförmigen Leitschaufelträger (18) gehalten sind, der eine innere Umfangsnut (21) mit Hinterschneidungen (24) aufweist, welche die Leitschaufelfüße (27) hintergreifen, und
    mit zwischen dem Leitschaufelträger (18) und den Leitschaufelfüßen (27) vorgesehenen Befestigungsmitteln, welche die Leitschaufelfüße (27) an die Hinterschneidungen (24) pressen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel zumindest eine im Nutgrund (25) der Umfangsnut (21) entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung (26) und mehrere sich darin angeordnete ringförmige Presssegmente (30) umfassen, welche unter Vorspannung (23) gegen die Leitschaufelfüße (27) drücken.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Nutgrund (25) zwei nutförmige Ausnehmungen (26) vorgesehen sind, in denen sich jeweils Presssegmente (30) befinden.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Presssegmente einer Ausnehmung (26) in Umfangsrichtung (U) aneinanderliegend einen Presssegmentring bilden.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass jedes Presssegment (30) in Umfangsrichtung (U) zumindest zwei Abschnitte umfasst, wobei zumindest einer der Abschnitte in Radialrichtung ein Übermaß zur Bildung der Vorspannung (23) aufweist.
  5. Strömungsmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die nutförmige Ausnehmung (26) eine innere Abstützwand (31) als Gegenlager aufweist, an der das Presssegment (90) sich abstützt.
  6. Strömungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Übermaß versehene Abschnitt eine Breite (B1) aufweist, die größer ist als der Abstand vom Leitschaufelfuß (27) zur inneren Abstützwand 31.
  7. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Leitschaufelring (15) mit zumindest einem Sicherungselement (38) gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung (U) gesichert ist.
  8. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln (14, 16) eines Leitschaufelrings (15) Plattformelemente (32) vorgesehen sind.
  9. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufelfüße (27) eine Aussparung (37, 38) zur Abrücken aufweisen.
  10. Strömungsmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verdichter (5) ausgebildet ist.
  11. Gasturbine (1)
    mit einem Verdichter (5), der bezogen auf einen Rotor (3) im gleichen Winkelabstand sich radial erstreckende Leitschaufeln (14, 16) mit außenliegenden Leitschaufelfüßen (27) aufweist, die einen Leitschaufelring (15) bilden,
    wobei die Leitschaufelfüße (27) an einem ringförmigen Leitschaufelträger (18) gehalten sind, der eine innere Umfangsnut (21) mit Hinterschneidungen (24) aufweist, welche von den Leitschaufelfüßen (27) hintergriffen werden, und mit zwischen dem Leitschaufelträger (18) und den Leitschaufelfüßen (27) vorgesehenen Befestigungsmitteln, welche die Leitschaufelfüße (27) an die Hinterschneidungen (24) pressen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel zumindest eine
    im Nutgrund (25) der Umfangsnut (21) entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung (26) und mehrere darin angeordnete ringförmige Presssegmente (30) umfassen, welche unter Vorspannung (23) gegen den Leitschaufelfuß (27) drücken.
  12. Ringförmiger Leitschaufelträger (18) zum Befestigen von Leitschaufeln (14, 16) für eine Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine (1),
    wobei die Strömungsmaschine bezogen auf einen Rotor (3) im gleichen Winkelabstand sich radial erstreckende Leitschaufeln (14, 16) mit radial außenliegenden Leitschaufelfüßen (27) aufweist, die einen Leitschaufelring (15) bilden,
    mit einer inneren Umfangsnut (21), in der die Leitschaufelfüße (27) gehalten sind, indem die Leitschaufelfüße (27) Hinterschneidungen (24) der Umfangsnut (21) hintergreifen,
    wobei Befestigungsmittel zwischen Leitschaufelträger (18) und Leitschaufelfüßen (27) vorgesehenen sind, welche die Leitschaufelfüße (27) an die Hinterschneidungen (24) pressen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel zumindest eine
    im Nutgrund (25) der Umfangsnut (21) entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung (26) und mehrere darin angeordnete ringförmige Presssegmente (30) umfassen, welche unter Vorspannung (23) gegen den Leitschaufelfuß (27) drücken.
  13. Verfahren zum Montieren von Leitschaufeln (14, ,16) an einem ringförmigen Leitschaufelträger (18) einer Strömungsmaschine durch Befestigungsmittel,
    bei dem der Leitschaufelträger (18) eine innere Umfangsnut (21) mit Hinterschneidungen (24) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel zumindest eine
    im Nutgrund (25) der Umfangsnut (21) entlang ihres Umfangs verlaufende nutförmige Ausnehmung (26) und mehrere ringförmige Presssegmente (30) umfassen, und
    dass zum Montieren jeder Leitschaufel (14, 16) am Leitschaufelträger (18) die nachfolgenden Arbeitsschritte durchgeführt werden:
    a) ein Presssegment (30) wird in eine Ausnehmung (26) eingebracht, so dass sein mit Übermaß versehener Abschnitt einer bereits montierten Leitschaufel (14, 16) zugewandt ist,
    b) das Presssegment wird dann zur montierten Leitschaufel (14, 16) verschoben, bis es am Presssegment der benachbarten Leitschaufel (14, 16) anliegt,
    c) anschließend wird eine Leitschaufel (14, 16) in die Umfangsnut (21) eingebracht und in Richtung des Presssegments (30) verschoben, bis dessen Leitschaufelfuß (27) an dem mit Übermaß versehenen Abschnitt anliegt,
    d) unter Krafteinwirkung wird der Leitschaufelfuß (27) über den mit Übermaß versehen Abschnitt geschoben, bis der Leitschaufelfuß (27) an der bereits montierten Leitschaufel (14, 16) anliegt, so dass er unter einer vom Presssegment (30) erzeugten Vorspannung (23) an die Hinterschneidung (24) gedrückt wird.
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