EP1584793A2 - Turbinenschaufelarretiervorrichtung - Google Patents
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- EP1584793A2 EP1584793A2 EP05006648A EP05006648A EP1584793A2 EP 1584793 A2 EP1584793 A2 EP 1584793A2 EP 05006648 A EP05006648 A EP 05006648A EP 05006648 A EP05006648 A EP 05006648A EP 1584793 A2 EP1584793 A2 EP 1584793A2
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- 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
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49316—Impeller making
- Y10T29/4932—Turbomachine making
- Y10T29/49321—Assembling individual fluid flow interacting members, e.g., blades, vanes, buckets, on rotary support member
Definitions
- the invention relates to a turbine blade locking device for axial securing of a turbine blade on the turbine disk.
- cover plates, locking rings or locking plates or a combination used by these which deformed during assembly, for example must be bent.
- Another disadvantage is that the overall construction has a higher weight and that the production and the Assembly associated with not inconsiderable costs.
- Another disadvantage is that the functionality and reliability is not always guaranteed or that relatively complex control measures are required to the check correct installation.
- the invention is based on the object, a turbine blade locking device of the type mentioned above, which with a simple structure, simple cost-effective manufacturability and easy assembly a high level of reliability and safety.
- a locking groove is introduced, which the groove for inserting the blade root passes through and which itself extends in the radial direction in the plane of the turbine disk.
- a locking pin is inserted, which thus substantially in the circumferential direction of the turbine disk extends.
- the locking pin is conditional through the groove, displaceable in the radial direction.
- To the Shovel foot is at its bottom a notch or groove introduced, in which at least a part of the locking pin (in terms of its length or in terms of its diameter) is insertable.
- an elastic element which below the locking pin is arranged and this radially pretensions to the outside.
- the centrifugal forces cause a radially outward bias or movement of the Locking bolt, so that safely in the notch or Groove the bottom of the blade root is positioned. While the operation is thus a tailor - made positioning of the Blade foot relative to the turbine disk. This takes place the axial positioning in both axial directions. hereby The present invention differs from the prior art Technology, since there often an axial direction by stops, Noses or the like is blocked while the other axial direction by the mentioned additional locking elements (Sheets etc.) takes place.
- the locking groove according to the invention has a preferred manner a rectangular shape. Furthermore, it is advantageous if the Locking bolt provided with a cylindrical cross section is, since this then in a round cross-section of the notch of the blade root is inserted. For a secure load transfer To ensure it is beneficial when the end areas the locking bolt is a substantially rectangular Have cross-section or just milled.
- the elastic element according to the invention in the form of a spring be formed after the insertion of the blade root in a corresponding groove of the turbine disk under the Locking pin is pushed to this up to press.
- Fig. 1 shows a turbine blade 1, which in one piece is provided with a blade root 3. This is fir-tree-like profiled, as previously known from the prior art is.
- a transversely extending notch 9 which fits to a cylindrical Cross section of a locking pin 5 a may have a semicircular cross-section.
- Fig. 1 further shows an elastic element 5, which is formed in the form of a spring and serves to the locking pin 4 in the notch or groove 9 bring.
- FIG. 2 shows the associated area of a turbine disk 6. This has several profiled, in the axial direction extending grooves 10, which each of lateral Disc fingers 7 are formed. In the radial direction and in the plane of the turbine disk 6 is in each case a locking groove 8, in which the locking pin 4 can be inserted is as shown in Fig. 2. On the presentation of the elastic element 5 was in Fig. 2 for clarity half omitted.
- Fig. 3 shows a schematic partial sectional view in the mounted Status. It can be seen that the locking pin 4 with much of its cross section in the notch or groove 9 is received. Furthermore, it is shown that the blade root 3 in usually with at least one cooling channel 2 can be provided. The embodiment of the cooling channel 2 is not affected by the locking device according to the invention.
- Fig. 3 shows the radial bias of the Locking bolt 4 serving elastic element 5.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel 1, welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Nut 10 einer Turbinenscheibe 6 eingeschoben ist, wobei die Turbinenscheibe 6 mit einer die Nut 10 durchgreifenden, sich radial in der Ebene der Turbinenscheibe 6 erstreckenden Arretierungsnut 8 versehen ist, in der Arretierungsnut 8 ein Arretierungsbolzen 4 eingelegt ist, der Schaufelfuß 3 an seiner Unterseite mit einer mit der Arretierungsnut 8 fluchtenden Kerbe 9 versehen ist, und in radialer Richtung unterhalb des Arretierungsbolzens 4 ein diesen radial nach außen vorspannendes elastisches Element 5 angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufelarretiervorrichtung
zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel an der Turbinenscheibe.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Schaufelfüße von
Turbinenschaufeln zu profilieren, um dabei die radial gerichteten
Kräfte während des Betriebs einer Gasturbine zu übernehmen.
Um eine axiale Bewegung des Schaufelfußes relativ zu der Turbinenscheibe
zu verhindern, ist eine Sicherung erforderlich.
Derartige Sicherungen zeigen beispielsweise die EP 0 610 668
B1, die US 5,135,354 oder die US 5,518,369.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen
werden üblicherweise blechartige Elemente eingelegt, die zusammen
mit Anschlägen an den Schaufelfüßen oder den Turbinenscheiben
die axiale Fixierung bewirken. Als nachteilig erweist
sich dabei der hohe Montageaufwand sowie die Gefahr, dass sich
diese Arretierungen lösen oder dass diese nicht passgenau montiert
sind, sodass sich zumindest geringfügige axiale Verschiebungen
zwischen dem Schaufelfuß und der Turbinenscheibe
ergeben können.
Im Einzelnen werden beim Stand der Technik Deckplatten, Arretierungsringe
oder Arretierungsbleche oder eine Kombination
von diesen verwendet, die bei der Montage verformt, beispielsweise
gebogen werden müssen.
Als weiterer Nachteil ergibt sich, dass die Gesamtkonstruktion
ein höheres Gewicht aufweist und dass die Herstellung und die
Montage mit nicht unerheblichen Kosten verbunden sind.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Funktionsfähigkeit
und Zuverlässigkeit nicht immer gesichert ist bzw. dass
relativ aufwendige Kontrollmaßnahmen erforderlich sind, um die
korrekte Montage zu überprüfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufelarretiervorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen,
welche bei einfachem Aufbau, einfacher kostengünstiger Herstellbarkeit
und einfacher Montage ein hohes Maß an Zuverlässigkeit
und Sicherheit aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination
des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass in die Turbinenscheibe
eine Arretierungsnut eingebracht ist, welche die Nut
zum Einschieben des Schaufelfußes durchgreift und welche sich
in radialer Richtung in der Ebene der Turbinenscheibe erstreckt.
In die Nut ist ein Arretierungsbolzen eingelegt, welcher
sich somit im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Turbinenscheibe
erstreckt. Der Arretierungsbolzen ist, bedingt
durch die Nut, in radialer Richtung verschiebbar. An dem
Schaufelfuß ist an seiner Unterseite eine Kerbe oder eine Nut
eingebracht, in welche zumindest ein Teil des Arretierungsbolzens
(bezüglich seiner Länge bzw. bezüglich seines Durchmessers)
einschiebbar ist. Zum Einschieben des Arretierungsbolzens
in die Kerbe des Schaufelfußes nach erfolgter Montage der
Turbinenschaufel dient ein elastisches Element, welches unterhalb
des Arretierungsbolzens angeordnet ist und diesen radial
nach außen vorspannt.
Beim Betrieb der Gasturbine bewirken die Zentrifugalkräfte eine
radial nach außen gerichtete Vorspannung oder Bewegung des
Arretierungsbolzens, sodass dieser sicher in der Kerbe oder
Nut der Unterseite des Schaufelfußes positioniert ist. Während
des Betriebs erfolgt somit eine passgenaue Positionierung des
Schaufelfußes relativ zu der Turbinenscheibe. Dabei erfolgt
die axiale Positionierung in beiden Axialrichtungen. Hierdurch
unterscheidet sich die vorliegende Erfindung vom Stand der
Technik, da dort vielfach eine Axialrichtung durch Anschläge,
Nasen oder Ähnliches blockiert wird, während die andere Axialrichtung
durch die erwähnten zusätzlichen Arretierungselemente
(Bleche etc.) erfolgt.
Erfindungsgemäß werden die Kräfte in axialer Richtung vom
Schaufelfuß durch den Arretierungsbolzen auf die Turbinenscheibe
eingeleitet. Hierdurch ist eine sichere Kraftübertragung
gewährleistet.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit der Vorteil, dass die Lebensdauer
und die Zuverlässigkeit der Gasturbine ganz erheblich
gesteigert werden können. Es erfolgt zudem eine einfache
Montage ohne zusätzliche kritische Bauteile. Weiterhin kann
die sichere Montage in einfacher Weise überprüft werden. Zusätzliche
Abdeckbleche oder Rückhalteelemente werden überflüssig.
Insgesamt ergibt sich somit eine Reduzierung des Turbinengewichts
und damit der Kosten zur Herstellung der Gasturbine.
Die Arretierungsnut weist erfindungsgemäß bevorzugter Weise
eine rechteckige Form auf. Weiterhin ist es günstig, wenn der
Arretierungsbolzen mit einem zylindrischen Querschnitt versehen
ist, da dieser dann in einen runden Querschnitt der Kerbe
des Schaufelfußes einlegbar ist. Um eine sichere Lastübertragung
sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die Endbereiche
des Arretierungsbolzens einen im Wesentlichen rechteckigen
Querschnitt aufweisen oder eben gefräst sind.
Das elastische Element kann erfindungsgemäß in Form einer Feder
ausgebildet sein, die nach dem Einschieben des Schaufelfußes
in einer entsprechenden Nut der Turbinenscheibe unter den
Arretierungsbolzen geschoben wird, um diesen nach oben zu
drücken.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei
zeigt:
- Fig. 1
- eine vereinfachte, isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Turbinenschaufel mit Schaufelfuß,
- Fig. 2
- eine vereinfachte, isometrische Teil-Ansicht einer Turbinenscheibe mit Arretierungsnut und zugeordnetem Arretierungsbolzen, und
- Fig. 3
- eine schematische Schnittansicht im montierten Zustand.
Die Fig. 1 zeigt eine Turbinenschaufel 1, welche einstückig
mit einem Schaufelfuß 3 versehen ist. Dieser ist tannenbaumartig
profiliert, so wie dies aus dem Stand der Technik vorbekannt
ist.
Am unteren Endbereich des Schaufelfußes 3 ist eine sich quer
erstreckende Kerbe 9 ausgebildet, welche passend zu einem zylindrischen
Querschnitt eines Arretierungsbolzens 5 einen
halbrunden Querschnitt aufweisen kann.
Die Fig. 1 zeigt weiterhin ein elastisches Element 5, welches
in Form einer Feder ausgebildet ist und dazu dient, den Arretierungsbolzen
4 in die Kerbe oder Nut 9 einzubringen.
Die Fig. 2 zeigt den zugeordneten Bereich einer Turbinenscheibe
6. Diese weist mehrere profilierte, sich in Axialrichtung
erstreckende Nuten 10 auf, welche jeweils von seitlichen
Scheibenfingern 7 gebildet sind. In radialer Richtung und in
der Ebene der Turbinenscheibe 6 ist jeweils eine Arretierungsnut
8 ausgebildet, in welche der Arretierungsbolzen 4 einlegbar
ist, so wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Auf die Darstellung
des elastischen Elements 5 wurde in Fig. 2 der Übersichtlichkeit
halber verzichtet.
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Teil-Schnittansicht im montierten
Zustand. Dabei ist ersichtlich, dass der Arretierungsbolzen
4 mit einem Großteil seines Querschnitts in der Kerbe
oder Nut 9 aufgenommen ist. Weiterhin ist dargestellt, dass
der Schaufelfuß 3 in üblicherweise mit zumindest einem Kühlkanal
2 versehen sein kann. Die Ausgestaltung des Kühlkanals 2
wird durch die erfindungsgemäße Arretiervorrichtung nicht beeinträchtigt.
Weiterhin zeigt die Fig. 3 das zur radialen Vorspannung des
Arretierungsbolzens 4 dienende elastische Element 5.
Zur Montage werden die Arretierungsbolzen 4 in die zugeordneten
Arretierungsnuten 8 eingeschoben. Es ist dabei eine Frage
der Definition, ob bei jeder Nut 10 jeweils zwei seitliche Arretierungsnuten
8 vorgesehen sind oder ob eine einzige, der
Länge des Arretierungsbolzens 4 entsprechende Arretierungsnut
8 ausgebildet ist. Die Erfindung bezieht sich auf beide derartige
Ausgestaltungs- und Definitionsvarianten. Nach dem Einlegen
des Arretierungsbolzens 4 befindet sich dieser am Grund
der Arretierungsnut 8, sodass der Schaufelfuß 3 in die Nut 10
der Turbinenscheibe 6 einschiebbar ist. Nachfolgend wird das
elastische Element 5 zusammen mit der Schaufel (da es am
Schaufelfuß befestigt ist) eingeschoben, sodass der Arretierungsbolzen
in radialer Richtung nach außen in die Kerbe oder
Nut 9 des Schaufelfußes 3 eingedrückt wird.
Zur Demontage bzw. zum Ausbau der Turbinenschaufel wird eine
Vorrichtung eingesetzt, mittels derer die Arretierungsbolzen 4
radial nach unten aus der Kerbe 9 des Schaufelfußes 3 ausgedrückt
werden, sodass dieser in axialer Richtung herausschiebbar
ist.
- 1
- Turbinenschaufel
- 2
- Kühlkanal
- 3
- Schaufelfuß
- 4
- Arretierungsbolzen
- 5
- Elastisches Element
- 6
- Turbinenscheibe
- 7
- Scheibenfinger
- 8
- Arretierungsnut
- 9
- Kerbe
- 10
- Axiale Nut am Scheibenkranz
Claims (5)
- Turbinenschaufelarretiervorrichtung zur axialen Sicherung einer Turbinenschaufel (1), welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Nut (10) einer Turbinenscheibe (6) eingeschoben ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenscheibe (6) mit einer die Nut (10) durchgreifenden, sich radial in der Ebene der Turbinenscheibe (6) erstreckenden Arretierungsnut (8) versehen ist,
dass in der Arretierungsnut (8) ein Arretierungsbolzen (4) eingelegt ist,
dass der Schaufelfuß (3) an seiner Unterseite mit einer mit der Arretierungsnut (8) fluchtenden Kerbe (9) versehen ist, und
dass in radialer Richtung unterhalb des Arretierungsbolzens (4) ein diesen radial nach außen vorspannendes elastisches Element (5) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsnut (8) eine rechteckige Form aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Arretierungsbolzen (4) mit einem zylindrischen Querschnitt versehen ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endbereiche des Arretierungsbolzens (4) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (5) in Form einer Feder ausgebildet ist.
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