EP1707746A1 - Maschinenteil einer Strömungsmaschine, Strömungsmaschine und Verfahren zur Montage von Schaufeln bei einem Maschinenteil - Google Patents

Maschinenteil einer Strömungsmaschine, Strömungsmaschine und Verfahren zur Montage von Schaufeln bei einem Maschinenteil Download PDF

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Publication number
EP1707746A1
EP1707746A1 EP05005989A EP05005989A EP1707746A1 EP 1707746 A1 EP1707746 A1 EP 1707746A1 EP 05005989 A EP05005989 A EP 05005989A EP 05005989 A EP05005989 A EP 05005989A EP 1707746 A1 EP1707746 A1 EP 1707746A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
segment
machine part
groove
blade root
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05005989A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Brumbi
Markus Kupetz
Ulrich Stanka
Heinrich Dr. Stüer
Mesut Tunc
Jörg Wagemakers
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
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP05005989A priority Critical patent/EP1707746A1/de
Publication of EP1707746A1 publication Critical patent/EP1707746A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F01D5/3038—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot the slot having inwardly directed abutment faces on both sides
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a machine part of a stationary, axially flow-through turbomachine having a segment-forming number of blades, which are held in a groove of the machine part, wherein a blade has a blade root disposed in the groove.
  • the invention further relates to a method for assembling a number of blades in a machine part of a turbomachine in which a machine part is provided with a groove and a segment with a number of blades is mounted in the groove, wherein a blade with its blade root in the groove is arranged.
  • a turbomachine designed as a turbomachine is applied to generate rotational energy in a flow channel with working fluid.
  • a number of blades is arranged, which are flowed through by the working medium.
  • a blade has an airfoil projecting into the flow channel and a blade root attached to the machine part.
  • a machine part can be understood to mean a rotor and / or a housing or another part of the turbomachine designed as a gas or steam turbine or as a compressor.
  • a blade In a turbine, a blade is distinguished between a vane and a rotor or rotor blade.
  • a blade is disposed with its blade root in a groove of the rotor, and a blade blade receives kinetic energy of the working fluid such that the rotor is rotated by the blades.
  • a vane is attached to the non-rotatable machine housing, ie, the turbine housing, and held with its vane root in a groove of the turbine housing, the vane having a vane root disposed in the groove having.
  • a vane blade protrudes into the flow channel and serves to guide the flow medium in order to conduct it as effectively as possible to a rotor blade.
  • a blade ring is formed by a number of blades, wherein the blade roots are held in a groove of the machine part oriented along a ring circumference and an airfoil is oriented along a ring radius.
  • the blade With a blade, the blade is facing outward from the rotor into the flow channel.
  • the vane blade With a guide vane, the vane blade from the engine housing radially inwardly into the flow channel.
  • a bucket may also have a bucket tip.
  • a hitherto known possibility which meets the high load is to fix the blade root by means of a fitting piece which is geometrically adapted specifically to the geometry between the blade root and its surroundings.
  • the geometrically adapted fitting is z. B. specially shaped and inserted on the geometry of a gap or gap between the blade root and Nutberandung.
  • a geometrically adapted fitting piece can be shaped and inserted especially for a geometry between two blade roots. In this way, a fitting piece fills the space between a blade root and a groove and / or between two adjacent ones Shovel feet completely off and sets the blade root either against a Nutberandung or against an adjacent blade root.
  • Another possibility is to fix a blade root on the machine part in the groove, for example by a welded or soldered connection.
  • the invention begins, whose object is to provide an apparatus and a method, wherein the a tight fit of a blade is ensured and on the other hand, a mounting of a blade is facilitated.
  • a blade root of a first blade at a first edge of the segment by a mechanical clamping element with a blade root of a second blade at a second edge of the segment under tension connected is.
  • the object is achieved by an initially mentioned method for assembling a number of blades in a machine part, wherein according to the invention a first blade is arranged with its blade root in the groove to form a first edge of the segment, to form a second edge of the Segment a second blade is arranged with its blade root in the groove and a blade root of the first blade is connected by a mechanical clamping element with a blade root of the second blade under tension.
  • the new concept it is intended to clamp a number of blades forming a segment by means of a mechanical tensioning element.
  • the mechanical clamping element can be formed in particular in the form of a tensioning cable.
  • the number of blades includes at least the first and second blades forming first and second edges of the segment. Preferably, a further number of blades of the segment is clamped between the first and the second blade.
  • the method of assembly thereby envisages loosely inserting the blades into the groove, attaching the tensioning element to the blade root of the first blade and the blade root of the second blade, then pretensioning, for example by means of mechanical or hydraulic tools, and after reaching a predetermined Tighten the tension so that said blade feet are connected under tension.
  • pretensioning for example by means of mechanical or hydraulic tools, and after reaching a predetermined Tighten the tension so that said blade feet are connected under tension.
  • a number of further blades are arranged with their blade root in the groove after the first blade.
  • the invention has recognized that it is possible in this way, with considerable simplification of the assembly, the number of blades forming the segment securely attached to the machine part. In contrast to previously customary procedures, this eliminates the need to underline every single blade with a passport or Stemm collaborate explained above or have to moor precisely. Furthermore, eliminating the need to make individual passport or Stemm thoroughlye tolerance tolerances for each individual blade. A simplification of the assembly is already achieved by the greatly reduced physical force of a fitter, for which it is no longer necessary to attach each individual blade fit. Furthermore, it is ensured according to the new concept that despite the predetermined tension of the blades forming the segment there is still a sufficient degree of freedom to provide a precisely metered installation rotation for the individual blade root.
  • the new concept also permits, above all, rapid disassembly of the blades forming the segment, as may possibly be necessary during inspection work or repairs, since, in contrast to the prior art, it is no longer necessary to release any undercutting of a single blade. Rather, it is sufficient to release the mechanical clamping element and thus to release the clamped blades of the segment as a whole, so that they can be easily removed by being pushed out of the groove.
  • a blade root of a blade of the segment has an opening, in particular a bore, through which the mechanical tensioning element, in particular a tensioning cable, is guided.
  • Such a hole requires only a relatively small overhead in a production of the individual blade.
  • the opening can be attached to a convenient location of the blade root.
  • a blade root of a blade of the segment is mounted in a groove oriented along a circumference of the ring on the turbine part, with a blade having an airfoil oriented along a ring radius. In this way, a complete blade ring can be attached to a turbine part.
  • the mechanical tensioning element in the first and / or second blade is deflected from the direction of the ring circumference in the direction of the ring radius under tension.
  • the mechanical tensioning element is clamped at its ends, for example at the cable ends of a tensioning cable, preferably radially inwardly or outwardly after a first and / or second edge blade.
  • the rope ends are fixed after reaching a predetermined bias and secured against loosening. This ensures that a first and / or second blade arranged on a first and / or second edge of the segment is secured sufficiently.
  • this is achieved by a sufficient radial force, which results from the fact that the mechanical tensioning element is deflected in the direction of the ring radius under tension.
  • a comparatively small deflection of the blade is originally compared with a number of blades of the segment arranged between the first and second blade mechanical clamping element present, so that, based on a circumferentially oriented clamping force, a comparatively low clamping force in the direction of the ring radius is present.
  • This could lead to a comparatively less strong fixation of a first and / or second blade on the edge of the segment and is compensated by the said deflection of the mechanical tensioning element in the direction of the ring radius.
  • the said deflection can take place not only on a single blade arranged on the edge of the segment but, if necessary, for example on two adjacent blades on an edge of the segment.
  • one or more blades close to the edge i. H.
  • the first and / or second blade on a first and / or second edge of the segment exceptionally be supported on the blade root. That is, preferably, a blade root of at least the first and / or the second blade is supported. This also means that a blade close to the edge is provided with a sufficient clamping force in the direction of the ring radius in order to ensure sufficient fixation.
  • the segment is formed in the form of a semicircular segment.
  • the number of blades of an entire half of a blade ring can be clamped by a blade root of the first blade at a first edge of the segment by a mechanical tensioning element with a blade root of the second blade at a second edge of the segment under tension connected is.
  • only two clamping elements would be necessary for the entire blade ring and a Unterstemmen each blade is thereby completely or largely avoided.
  • contact surfaces of adjacent blade roots have centering means.
  • This has the advantage that adjacent blades of the segment center when clamping against each other and even adjust. This increases the secure fixation of each individual blade and at the same time facilitates the Nachjustier pressure, as sets a high degree of self-adjustment and self-fixing by the centering.
  • the centering means may be formed as mutually self-centering on or bulge of the contact surfaces.
  • the centering means could also be formed as a mutually centering pin or a recess on the contact surfaces. The type of centering can be conveniently selected in each case.
  • the invention also leads to a turbine, in particular a gas or steam turbine with a machine part designed as a turbine part or to a compressor with a machine part designed as a compressor part of the kind explained above.
  • FIG. 1 shows a blade 1 in the form of a guide blade, which is attached to a machine part 4 in the form of a machine housing 3 of a turbine.
  • the guide blade 1 has a blade root 5, an airfoil 7 and a blade cover sheet 9.
  • machine housing 3 is provided with a groove 11, and a detail shown in Figure 2 segment of a number of blades as the vane 1 is mounted in the groove 11, wherein each vane 1 with her blade root 5 in the Groove 11 is pushed.
  • FIG. 2 shows, in a view in the direction of the axis 17 of the machine housing 3, a segment 19 which is formed from a number of guide vanes 1, which, as shown in FIG. 1, have a blade root 5, an airfoil 7 and a blade cover leaf 9.
  • Each of the guide vanes 1 has an opening 15 shown in FIG. 1 for passing through a mechanical tensioning element 13.
  • the segment 19 is formed in the form of a semicircular segment, so that the blade ring only half shown in FIG. 2 is formed by two of the segments 19.
  • the segment 19 has a first vane 23 for forming a first edge 21 of the segment, said first vane 23 in FIG. 2 representing a first edge vane.
  • the segment 19 has a second vane 27, which in FIG. 2 represents a second edge vane.
  • the blade root 29 of the first edge blade 23 is connected by the mechanical tensioning element 13 in the form of a tension wire with the blade root 31 of the second edge blade 27 under tension.
  • the further number of blades 33 is clamped between the first edge blade 23 and the second edge blade 27.
  • the first edge blade 23 is arranged with its blade root 29 in the groove 11 of the machine housing 3. Subsequently, the number of further guide vanes 33 of the segment 19 is individually arranged in each case with its blade foot not provided with a reference number in FIG. 2 in the groove. Subsequently, the second edge blade 27 is arranged with its blade root 31 in the groove 11.
  • the respective vanes 23, 24, 27, 28 are braced along the outer annular periphery 35 of the groove 11, so that they are in comparison to the other vanes in FIG the direction of the axis 17 of the machine housing 3 along the ring radius 36 are crazy.
  • the exciting attachment of the guide blades 23, 24 , 27, 28 of the segment 19 a sufficient radial force F r in particular for the near-edge blades 23, 24, 27, 28 provided.
  • the guided through the opening 15 mechanical tensioning element 13 in the form of a tension wire is biased. This can be done for example by means of hydraulic tools. After reaching a predetermined clamping force F t , which is to ensure a sufficient blade tension, the mechanical clamping element is secured against loosening the machine housing 3 in the embodiment shown here.
  • the mechanical tensioning element 13 in the form of a wire rope at the first edge blade 23 and the second edge blade 27 is deflected from the direction of the ring circumference 35 in the direction of the ring radius 36 under tension and sufficient with the above Clamping force secured against loosening.
  • the deflection increases the blade tension, in particular in the region of the edges 21, 25, ie, in the regions X of the segment, since, in particular, the guide vanes 23, 24, 27, 28 arranged in the vicinity of the edges 21, 25 are deflected in a direction along the ring radius 36 to the axis 17 of the machine housing 3 towards the inside of the groove 11 are pressed. In this way, in particular the guide vanes 23, 24, 27, 28 are provided with a sufficient fixation.
  • the deflection of the mechanical tensioning element 13 described above could replace a caulking of the blades 23, 24, 27, 28 in the region X of the segment 19.
  • an embodiment is possible in which the deflection of the mechanical tensioning element 13 is eliminated and only a caulking of the guide vanes 23, 24, 27, 28 in the area X is made.
  • Measures such as the caulking of vanes in the area X or the deflection of a mechanical clamping element 13 may optionally in comparatively strong curved segments 19, ie segments with small ring radius 36, omitted, since at relatively small segments already due to their greater curvature, a sufficiently large clamping force F r can be available in the direction of the ring radius.
  • a blade 1 in order to ensure a simplified and secure assembly of a number of blades 1 in a machine part 4 of a turbomachine, in a machine part 4 with a segment 19 forming number of blades 1, in a groove 11 of the machine part 4 or machine housing 3, wherein a blade 1 has a blade root 5 arranged in the groove 11, provided according to the new concept that a blade root 29 of a first blade 23 at a first edge 21 of the segment 19 by a mechanical tensioning element 13 with a blade root 31 a second blade 27 is connected to a second edge 25 of the segment 19 under tension. Furthermore, a method for mounting according to the new concept is specified.

Landscapes

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

Abstract

Um eine vereinfachte und gleichzeitig sichere Montage einer Anzahl von Schaufeln (1) bei einem Maschinenteil (4) einer axial durchströmten Strömungsmaschine zu gewährleisten, ist bei einem Maschinenteil (4) mit einer ein Segment (19) bildenden Anzahl von Schaufeln (1), die in einer Nut (11) des Maschinenteils (4) gehalten sind, wobei eine Schaufel (1) einen in der Nut (11) angeordneten Schaufelfuß (5) aufweist, gemäß dem neuen Konzept vorgesehen, dass ein Schaufelfuß (29) einer ersten Schaufel (23) an einem ersten Rand (21) des Segments (19) durch ein mechanisches Spannelement (13) mit einem Schaufelfuß (31) einer zweiten Schaufel (27) an einem zweiten Rand (25) des Segments (19) unter Spannung verbunden ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Montage gemäß dem neuen Konzept angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Maschinenteil einer stationären, axial durchströmten Strömungsmaschine mit einer ein Segment bildenden Anzahl von Schaufeln, die in einer Nut des Maschinenteils gehalten sind, wobei eine Schaufel einen in der Nut angeordneten Schaufelfuß aufweist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Montage einer Anzahl von Schaufeln bei einem Maschinenteil einer Strömungsmaschine, bei dem ein Maschinenteil mit einer Nut bereitgestellt wird und ein Segment mit einer Anzahl von Schaufeln in der Nut befestigt wird, wobei eine Schaufel mit ihrem Schaufelfuß in der Nut angeordnet wird.
  • Eine als Turbine ausgebildete Strömungsmaschine wird zur Erzeugung von Rotationsenergie in einem Strömungskanal mit Arbeitsmedium beaufschlagt. Im Strömungskanal ist eine Anzahl von Schaufeln angeordnet, die vom Arbeitsmedium angeströmt werden. Eine Schaufel weist ein in den Strömungskanal ragendes Schaufelblatt und einen am Maschinenteil befestigten Schaufelfuß auf. Unter einem Maschinenteil kann ein Rotor und/oder ein Gehäuse oder ein anderes Teil der als Gas- bzw. Dampfturbine oder als Verdichter ausgebildeten Strömungsmaschine verstanden werden.
  • In einer Turbine unterscheidet man bei einer Schaufel zwischen einer Leitschaufel und einer Lauf- oder Rotorschaufel. Eine Laufschaufel ist mit ihrem Laufschaufelfuß in einer Nut des Rotors angeordnet und ein Laufschaufelblatt nimmt kinetische Energie des Arbeitsmediums derart auf, dass der Rotor durch die Laufschaufeln in Drehung versetzt wird. Eine Leitschaufel ist am nicht drehbaren Maschinengehäuse, d.h. am Turbinengehäuse, befestigt und mit ihrem Leitschaufelfuß in einer Nut des Turbinengehäuses gehalten, wobei die Leitschaufel einen in der Nut angeordneten Leitschaufelfuß aufweist. Ein Leitschaufelblatt ragt in den Strömungskanal und dient zur Führung des Strömungsmediums, um dieses möglichst effektiv auf ein Rotorschaufelblatt zu leiten.
  • Üblicherweise ist durch eine Anzahl von Schaufeln ein Schaufelring gebildet, wobei die Schaufelfüße in einer entlang eines Ringumfangs orientierten Nut des Maschinenteils gehalten sind und ein Schaufelblatt entlang eines Ringradius orientiert ist. Bei einer Laufschaufel weist das Laufschaufelblatt vom Rotor nach außen in den Strömungskanal. Bei einer Leitschaufel weist das Leitschaufelblatt vom Maschinengehäuse radial nach innen in den Strömungskanal.
  • Eine Schaufel kann auch einen Schaufelkopf aufweisen.
  • Über ein mit Arbeitsmedium beaufschlagtes Schaufelblatt wirken erhebliche Kräfte auf einen Schaufelfuß. Dieser ist deshalb besonders zuverlässig in der Nut des Maschinenteils zu arretieren. Die Befestigung von einzelnen Schaufeln in einem Maschinenteil wird üblicherweise durch eine Paarung von Nut-und Fußgeometrien, z. B. im Sinne einer Nut-Feder-Verbindung, sichergestellt. Ein besonderes Problem stellt dabei die Fixierung bzw. der Kontakt zwischen Nut und Fuß einerseits als auch der feste Sitz von Schaufeln untereinander dar.
  • Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, einen Schaufelfuß in einer Nut des Maschinenteils sicher zu befestigen. Eine bisher bekannte, der hohen Belastung gerecht werdende Möglichkeit besteht darin, den Schaufelfuß durch ein speziell auf die Geometrie zwischen Schaufelfuß und seiner Umgebung geometrisch angepasstes Passstück festzusetzen. Das geometrisch angepasste Passstück wird z. B. speziell auf die Geometrie eines Zwischenraums oder Spaltes zwischen Schaufelfuß und Nutberandung geformt und eingefügt. Entsprechend kann auch ein geometrisch angepasstes Passstück speziell für eine Geometrie zwischen zwei Schaufelfüßen geformt und eingefügt werden. Auf diese Weise füllt ein Passstück den Raum zwischen einem Schaufelfuß und einer Nut und/oder zwischen zwei benachbarten Schaufelfüßen vollständig aus und setzt den Schaufelfuß entweder gegen eine Nutberandung oder gegen einen benachbarten Schaufelfuß fest.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Schaufelfuß am Maschinenteil in der Nut festzufügen, beispielsweise durch eine Schweiß- oder Lötverbindung.
  • Bei der erstgenannten Lösung besteht ein Nachteil darin, dass für jede Geometrie zwischen dem Schaufelfuß und der Nutberandung einerseits und einer Geometrie zwischen benachbarten Schaufelfüßen andererseits der Zwischenraum exakt vermessen werden muss, um ein Passstück mit sehr engen Toleranzen formen zu können. Es muss praktisch für jeden Schaufelfuß ein maßgefertigtes Passstück hergestellt werden. Dies erweist sich zudem als zeitaufwendig bei der Montage und kostenaufwendig, da diese Möglichkeit mit hohem Mess- und Montageaufwand verbunden ist.
  • Die Möglichkeit, einen Schaufelfuß anzufügen, hat den Nachteil, dass unter einer thermischen Belastung unterschiedliche Verhaltensweisen vom Schaufelfuß einerseits, vom Maschinenteil andererseits und auch von der Fügestelle zu erwarten sind. Es fehlt im Falle eines fest angefügten Schaufelfußes an ausreichend großen Dehnungsfreiheitsgraden um thermische Belastungen auszugleichen. Außerdem ergeben sich Probleme bei der Montage, wenn eine Schaufel nachträglich ausgerichtet oder nachjustiert werden muss. Dies erweist sich als sehr aufwendig, wenn die Schaufel bereits mit ihrem Schaufelfuß fest angefügt ist.
  • Wünschenswert wäre es, die oben genannten Probleme bei einer Montage zu vermeiden und einen festen Sitz einer Schaufel zu gewährleisten.
  • An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, wobei zum einen ein fester Sitz einer Schaufel gewährleistet ist und zum anderen eine Montage einer Schaufel erleichtert ist.
  • Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe mit einem Maschinenteil für eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß ein Schaufelfuß einer ersten Schaufel an einem ersten Rand des Segments durch ein mechanisches Spannelement mit einem Schaufelfuß einer zweiten Schaufel an einem zweiten Rand des Segments unter Spannung verbunden ist.
  • Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch ein eingangs genanntes Verfahren zur Montage einer Anzahl von Schaufeln bei einem Maschinenteil gelöst, bei dem erfindungsgemäß zur Bildung eines ersten Randes des Segments eine erste Schaufel mit ihrem Schaufelfuß in der Nut angeordnet wird, zur Bildung eines zweiten Randes des Segments eine zweite Schaufel mit ihrem Schaufelfuß in der Nut angeordnet wird und ein Schaufelfuß der ersten Schaufel durch ein mechanisches Spannelement mit einem Schaufelfuß der zweiten Schaufel unter Spannung verbunden wird.
  • Mit anderen Worten: Es ist gemäß dem neuen Konzept vorgesehen, eine Anzahl von ein Segment bildenden Schaufeln mittels eines mechanischen Spannelements zu verspannen. Das mechanische Spannelement kann dabei insbesondere in Form eines Spannseiles gebildet sein. Die Anzahl von Schaufeln umfasst wenigstens die erste und zweite, einen ersten und zweiten Rand des Segments bildende Schaufel. Vorzugsweise ist zwischen der ersten und der zweiten Schaufel eine weitere Anzahl von Schaufeln des Segments eingespannt.
  • Mit anderen Worten sieht das Verfahren zur Montage dabei vor, die Schaufeln in die Nut beispielsweise lose einzuschieben, das Spannelement am Schaufelfuß der ersten Schaufel und am Schaufelfuß der zweiten Schaufel anzubringen, anschließend, beispielsweise mittels mechanischer oder hydraulischer Werkzeuge vorzuspannen, und nach Erreichen einer vorgegebenen Spannung festzumachen, so dass die genannten Schaufelfüße unter Spannung verbunden sind. Vorzugsweise wird nach der ersten Schaufel eine Anzahl weiterer Schaufeln mit ihrem Schaufelfuß in der Nut angeordnet.
  • Die Erfindung hat dabei erkannt, dass es auf diese Weise möglich ist, unter erheblicher Vereinfachung der Montage die Anzahl von das Segment bildenden Schaufeln sicher am Maschinenteil anzubringen. Im Unterschied zu bisher üblichen Vorgehensweisen entfällt dabei die Notwendigkeit, jede einzelne Schaufel mit einem eingangs erläuterten Pass- oder Stemmstück unterstemmen zu müssen oder passgenau festmachen zu müssen. Des Weiteren entfällt auch die Notwendigkeit, einzelne Pass-oder Stemmstücke toleranzgenau für jede einzelne Schaufel anfertigen zu müssen. Eine Vereinfachung der Montage wird auch bereits durch den stark reduzierten physischen Krafteinsatz eines Monteurs erreicht, für den es nicht mehr notwendig ist, jede einzelne Schaufel passgenau festzumachen. Des Weiteren ist gemäß dem neuen Konzept gewährleistet, dass trotz der vorgegebenen Verspannung der das Segment bildenden Schaufeln immer noch ein ausreichender Freiheitsgrad besteht, um eine exakt zu dosierende Einbauverdrehung für den einzelnen Schaufelfuß vorzusehen. Insbesondere ist auch selbst nach Einbau des Segments eine gewisse Nachjustage der einzelnen Schaufeln ohne erheblichen Aufwand möglich, was beispielsweise bei einer einzeln angefügten Schaufel nicht möglich wäre. Entsprechend erlaubt das neue Konzept vor allem auch eine schnelle Demontage der das Segment bildenden Schaufeln, wie sie gegebenenfalls bei Revisionsarbeiten oder Reparaturen notwendig sein kann, da im Unterschied zum Stand der Technik nicht mehr jede Unterstemmung einer einzelnen Schaufel gelöst werden muss. Vielmehr ist es ausreichend, das mechanische Spannelement zu lösen und damit die eingespannten Schaufeln des Segments insgesamt zu lösen, so dass diese einfach entfernt werden können, indem sie aus der Nut geschoben werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das neue Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile weiterzubilden.
  • Vorteilhaft weist ein Schaufelfuß einer Schaufel des Segments eine Öffnung, insbesondere eine Bohrung, auf, durch die das mechanische Spannelement, insbesondere ein Spannseil, geführt ist. Eine solche Bohrung erfordert nur einen vergleichsweise geringen Mehraufwand bei einer Herstellung der Einzelschaufel. Die Öffnung lässt sich an einer zweckmäßigen Stelle des Schaufelfußes anbringen.
  • Ein Schaufelfuß einer Schaufel des Segments wird insbesondere in einer Nut angebracht, die entlang eines Ringumfangs am Turbinenteil orientiert ist, wobei eine Schaufel ein entlang eines Ringradius orientiertes Schaufelblatt aufweist. Auf diese Weise lässt sich ein kompletter Schaufelring bei einem Turbinenteil anbringen.
  • Vorzugsweise ist das mechanische Spannelement bei der ersten und/oder zweiten Schaufel von der Richtung des Ringumfangs in die Richtung des Ringradius unter Spannung umgelenkt. Mit anderen Worten: Das mechanische Spannelement wird an seinen Enden, beispielsweise an den Seilenden eines Spannseiles, vorzugsweise nach einer ersten und/oder zweiten Randschaufel radial nach innen oder nach außen verspannt. Vorzugsweise werden die Seilenden nach Erreichen einer vorgegebenen Vorspannung festgemacht und gegen Lösen gesichert. Dadurch ist nämlich gewährleistet, dass auch eine an einem ersten und/oder zweiten Rand des Segments angeordnete erste und/oder zweite Schaufel in ausreichendem Maße festgemacht ist. Gemäß der hier erläuterten Weiterbildung wird dies durch eine ausreichende radiale Kraft erreicht, die dadurch entsteht, dass das mechanische Spannelement in die Richtung des Ringradius unter Spannung umgelenkt wird. Bei der genannten ersten und/oder zweiten Schaufel am ersten und/oder zweiten Rand des Segments ist nämlich ursprünglich im Vergleich zu einer Anzahl von zwischen der ersten und zweiten Schaufel angeordneten Schaufeln des Segments eine vergleichsweise geringe Umlenkung des mechanischen Spannelements vorhanden, so dass, bezogen auf eine entlang des Umfangs orientierte Spannkraft, eine vergleichsweise geringe Spannkraft in Richtung des Ringradius vorliegt. Dies könnte zu einer vergleichsweise weniger starken Fixierung einer ersten und/oder zweiten Schaufel am Rand des Segments führen und wird durch die genannte Umlenkung des mechanischen Spannelements in Richtung des Ringradius kompensiert.
  • Vorzugsweise kann die genannte Umlenkung nicht nur an einer einzelnen am Rand des Segments angeordneten Schaufel erfolgen, sondern bei Bedarf beispielsweise an zwei benachbarten Schaufeln an einem Rand des Segments.
  • Alternativ oder zusätzlich können gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung eine oder mehrere randnahe Schaufeln, d. h. insbesondere die erste und/oder zweite Schaufel an einem ersten und/oder zweiten Rand des Segments ausnahmsweise am Schaufelfuß unterstemmt werden. Das heißt, vorzugsweise wird ein Schaufelfuß wenigstens der ersten und/oder der zweiten Schaufel unterstemmt. Auch dies führt dazu, dass eine randnahe Schaufel mit einer ausreichenden Spannkraft in Richtung des Ringradius versehen wird, um eine ausreichende Fixierung zu gewährleisten.
  • Vorzugsweise ist das Segment in Form eines Halbkreissegmentes gebildet. Mit anderen Worten: Gemäß dieser Weiterbildung können die Anzahl von Schaufeln einer gesamten Hälfte eines Schaufelrings eingespannt werden, indem ein Schaufelfuß der ersten Schaufel an einem ersten Rand des Segments durch ein mechanisches Spannelement mit einem Schaufelfuß der zweiten Schaufel an einem zweiten Rand des Segments unter Spannung verbunden ist. In diesem Fall wären für den gesamten Schaufelring nur zwei Spannelemente notwendig und ein Unterstemmen jeder einzelnen Schaufel ist dadurch gänzlich oder weitgehend vermieden.
  • Vorzugsweise weisen Kontaktflächen benachbarter Schaufelfüße Zentriermittel auf. Dies hat den Vorteil, dass sich benachbarte Schaufeln des Segments beim Einspannen gegeneinander zentrieren und selbst einjustieren. Dies erhöht die sichere Fixierung jeder einzelnen Schaufel und erleichtert gleichzeitig den Nachjustierbedarf, da sich eine weitgehende Selbstjustierung und Selbstfixierung durch die Zentriermittel einstellt. Beispielsweise können die Zentriermittel als zueinander selbstzentrierende Ein- bzw. Auswölbung der Kontaktflächen gebildet sein. Weiter könnten die Zentriermittel auch als ein zueinander zentrierender Zapfen bzw. eine Ausnehmung an den Kontaktflächen gebildet sein. Die Art der Zentriermittel lässt sich zweckmäßigerweise im Einzelfall wählen.
  • Das neue Konzept und seine Weiterbildungen haben sich als besonders vorteilhaft bei einem Maschinenteil in Form eines Gehäuses der axial durchströmten Strömungsmaschine erwiesen, bei dem insbesondere eine Schaufel in Form einer Leitschaufel gebildet ist. Insofern kann aufgrund von vergleichsweise geringeren Belastungen einer Leitschaufel im Vergleich zu einer Rotorschaufel gemäß dem neuen Konzept von einem Unterstemmen jeder einzelnen Leitschaufel abgesehen werden und statt dessen das mechanische Spannelement gemäß dem neuen Konzept vorgesehen sein.
  • Die Erfindung führt auch auf eine Turbine, insbesondere eine Gas- oder Dampfturbine mit einem als Turbinenteil ausgebildeten Maschinenteil oder auf einen Verdichter mit einem als Verdichterteil ausgebildeten Maschinenteil der oben erläuterten Art.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
    • FIG 1
    eine Schaufel eines Segments bei einem Maschinenteil einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß dem neuen Konzept in einer schematischen Ansicht in Richtung eines Ringumfangs; und
    FIG 2
    ein Segment bei einem Maschinenteil einer besonders bevorzugten Ausführungsform, das als ein Halbkreissegment gebildet ist, in einer Ansicht entlang der Achse des Maschinenteil.
  • FIG 1 zeigt eine Schaufel 1 in Form einer Leitschaufel, die an einem Maschinenteil 4 in Form eines Maschinengehäuses 3 einer Turbine angebracht ist. Die Leitschaufel 1 weist einen Schaufelfuß 5, ein Schaufelblatt 7 und ein Schaufeldeckblatt 9 auf. Zur Montage der Leitschaufel wird das als Turbinengehäuse ausgebildete Maschinengehäuse 3 mit einer Nut 11 bereitgestellt, und ein in FIG 2 näher dargestelltes Segment einer Anzahl von Schaufeln wie die Leitschaufel 1 wird in der Nut 11 befestigt, wobei jede Leitschaufel 1 mit ihrem Schaufelfuß 5 in die Nut 11 geschoben wird.
  • Nachdem alle Leitschaufeln 1 des Segments in der Nut 11 angeordnet sind, wird ein mechanisches Spannelement 13 in Form eines Spannseiles, das vorliegend als ein Spanndraht gebildet ist, durch eine im Schaufelfuß 5 jeder Leitschaufel angebrachte Öffnung 15 geführt, die vorliegend in Form einer Durchgangsbohrung gebildet ist.
  • FIG 2 zeigt in einer Ansicht in Richtung der Achse 17 des Maschinengehäuses 3 ein Segment 19, das aus einer Anzahl von Leitschaufeln 1 gebildet ist, die wie in FIG 1 gezeigt, einen Schaufelfuß 5, ein Schaufelblatt 7 und ein Schaufeldeckblatt 9 aufweisen. Jede der Leitschaufeln 1 weist eine in FIG 1 gezeigte Öffnung 15 zum Durchführen eines mechanischen Spannelements 13 auf. Bei dem vorliegend hälftig gezeigten Maschinengehäuse 3 ist das Segment 19 in Form eines Halbkreissegmentes gebildet, so dass der in FIG 2 nur hälftig gezeigte Schaufelring durch zwei der Segmente 19 gebildet wird. Das Segment 19 weist eine erste Leitschaufel 23 zur Bildung eines ersten Randes 21 des Segments auf, wobei die genannte erste Leitschaufel 23 in FIG 2 eine erste Randschaufel darstellt. Des Weiteren weist das Segment 19 zur Bildung eines zweiten Randes 25 des Segments eine zweite Leitschaufel 27 auf, die in FIG 2 eine zweite Randschaufel darstellt. Der Schaufelfuß 29 der ersten Randschaufel 23 ist durch das mechanische Spannelement 13 in Form eines Spanndrahtes mit dem Schaufelfuß 31 der zweiten Randschaufel 27 unter Spannung verbunden. Dabei ist die weitere Anzahl von Schaufeln 33 zwischen der ersten Randschaufel 23 und der zweiten Randschaufel 27 eingespannt.
  • Zur Montage wird die erste Randschaufel 23 mit ihrem Schaufelfuß 29 in der Nut 11 des Maschinengehäuses 3 angeordnet. Anschließend wird die Anzahl von weiteren Leitschaufeln 33 des Segments 19 einzeln jeweils mit ihrem in FIG 2 nicht näher mit einem Bezugszeichen versehenen Schaufelfuß in der Nut angeordnet. Anschließend wird die zweite Randschaufel 27 mit ihrem Schaufelfuß 31 in der Nut 11 angeordnet.
  • Anschließend werden bei der in FIG 2 gezeigten besonders bevorzugten Ausführungsform des Maschinengehäuses 3 die jeweils einem Rand 21, 25 nahen Leitschaufeln 23, 24, 27, 28 entlang des äußeren Ringumfangs 35 der Nut 11 unterstemmt, so dass sie im Vergleich zu den anderen Leitschaufeln in die Richtung der Achse 17 des Maschinengehäuses 3 entlang des Ringradius 36 verrückt sind. Dies betrifft die erste Randschaufel 23 und die zweite Randschaufel 27, und bei der vorliegenden Ausführungsform auch die dazu benachbarten randnahen Leitschaufeln 24 und 28 in dem mit X gekennzeichneten Bereich des Ringumfangs 35. Aufgrund dieser Maßnahme wird nämlich bei der spannenden Befestigung der Leitschaufeln 23, 24, 27, 28 des Segments 19 eine ausreichende radiale Kraft Fr insbesondere für die randnahen Schaufeln 23, 24, 27, 28 zur Verfügung gestellt. Dies erweist sich bei der vorliegenden Ausführungsform als besonders vorteilhaft, da aufgrund der vergleichsweise geringeren Umlenkung des mechanischen Spannelements 13 bezogen auf eine entlang des Ringumfangs 35 wirkende Spannkraft Ft eine entlang des Ringradius wirkende radiale Kraft Fr zu gering ausfallen würde. Aufgrund des Unterstemmens der Randschaufeln und randnahen Schaufeln 23, 24, 27, 28 im Bereich X entlang des Ringumfangs 35 wird bei der vorliegenden Ausführungsform dennoch eine definierte Fixierung der Randschaufeln und randnahen Schaufeln 23, 24, 27, 28 gewährleistet. Die Ausdehnung des Bereichs X lässt sich abhängig vom Krümmungsradius des jeweiligen Schaufelrings bzw. Segments 19 wählen. Bei einer vergleichsweise kleinen Krümmung des Segments 19, also insbesondere bei einem großen Ringradius 36 des Segments, wird man eher mehr als eine oder zwei Schaufeln in der Nähe von Rändern 21, 25 in den Bereich X mit einbeziehen und dementsprechend unterstemmen. Bei einer vergleichsweise großen Krümmung des Segments 19, also insbesondere bei einem kleinen Ringradius 36 des Segments, kann es gegebenenfalls auch ausreichend sein, lediglich die erste Randschaufel 23 und/oder die zweite Randschaufel 27 zu unterstemmen.
  • Das durch die Öffnung 15 geführte mechanische Spannelement 13 in Form eines Spanndrahtes wird vorgespannt. Dies kann beispielsweise mittels hydraulischer Werkzeuge geschehen. Nach erreichen einer vorgegebenen Spannkraft Ft, die eine ausreichende Schaufelverspannung sicherstellen soll, wird bei der hier dargestellten Ausführungsform das mechanische Spannelement gegen ein Lösen am Maschinengehäuse 3 gesichert.
  • Bei der hier beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform eines Montageverfahrens wird zusätzlich das mechanische Spannelement 13 in Form eines Drahtseils bei der ersten Randschaufel 23 und der zweiten Randschaufel 27 von der Richtung des Ringumfangs 35 in die Richtung des Ringradius 36 unter Spannung umgelenkt und mit der oben genannten ausreichenden Spannkraft gegen Lösen gesichert. Das Umlenken erhöht die Schaufelverspannung insbesondere im Bereich der Ränder 21, 25, d. h. in den Bereichen X des Segments, da durch das Umlenken insbesondere die Leitschaufeln 23, 24, 27, 28, die in der Nähe der Ränder 21, 25 angeordnet sind, in eine Richtung entlang des Ringradius 36 zur Achse 17 des Maschinengehäuses 3 hin an die Innenseite der Nut 11 gedrückt werden. Auf diese Weise werden insbesondere die Leitschaufeln 23, 24, 27, 28 mit einer ausreichenden Fixierung versehen.
  • In einer abgewandelten Ausführungsform könnte das oben beschriebene Umlenken des mechanischen Spannelements 13 ein Verstemmen der Schaufeln 23, 24, 27, 28 im Bereich X des Segments 19 ersetzen. Auch ist eine Ausführungsform möglich, bei der das Umlenken des mechanischen Spannelements 13 entfällt und lediglich ein Verstemmen der Leitschaufeln 23, 24, 27, 28 im Bereich X vorgenommen wird. Maßnahmen wie das Verstemmen von Leitschaufeln im Bereich X oder das Umlenken eines mechanischen Spannelements 13 können gegebenenfalls bei vergleichsweise stark gekrümmten Segmenten 19, also Segmenten mit kleinem Ringradius 36, entfallen, da bei vergleichsweise kleinen Segmenten bereits aufgrund ihrer stärkeren Krümmung eine ausreichend große Spannkraft Fr in Richtung des Ringradius zur Verfügung stehen kann.
  • Zusammenfassend ist, um eine vereinfachte und gleichzeitig sichere Montage einer Anzahl von Schaufeln 1 bei einem Maschinenteil 4 einer Strömungsmaschine zu gewährleisten, bei einem Maschinenteil 4 mit einer ein Segment 19 bildenden Anzahl von Schaufeln 1, die in einer Nut 11 des Maschinenteil 4 bzw. Maschinengehäuses 3 gehalten sind, wobei eine Schaufel 1 einen in der Nut 11 angeordneten Schaufelfuß 5 aufweist, gemäß dem neuen Konzept vorgesehen, dass ein Schaufelfuß 29 einer ersten Schaufel 23 an einem ersten Rand 21 des Segments 19 durch ein mechanisches Spannelement 13 mit einem Schaufelfuß 31 einer zweiten Schaufel 27 an einem zweiten Rand 25 des Segments 19 unter Spannung verbunden ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Montage gemäß dem neuen Konzept angegeben.

Claims (15)

  1. Maschinenteil (4) für eine axial durchströmbare Gasturbine,
    mit einer ein Segment (19) bildenden Anzahl von Schaufeln (1), die in einer Nut (11) des Maschinenteils (4) gehalten sind, wobei eine Schaufel (1) einen in der Nut (11) angeordneten Schaufelfuß (5) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Schaufelfuß (29) einer ersten Schaufel (23) an einem ersten Rand (21) des Segments (19) durch ein mechanisches Spannelement (13) mit einem Schaufelfuß (31) einer zweiten Schaufel (27) an einem zweiten Rand (25) des Segments (19) unter Spannung verbunden ist.
  2. Maschinenteil (4) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das mechanische Spannelement (13) in Form eines Spannseiles gebildet ist.
  3. Maschinenteil (4) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (5) einer Schaufel (1) des Segments (19) eine Öffnung (15) aufweist, durch die das mechanische Spannelement (13) geführt ist.
  4. Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nut (11) entlang einem Ringumfang (35) orientiert ist und eine Schaufel (1) ein entlang einem Ringradius (36) orientiertes Schaufelblatt (7) aufweist.
  5. Maschinenteil (4) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das mechanische Spannelement (13) bei der ersten und/oder zweiten Schaufel (23, 27) von der Richtung des Ringumfangs (35) in die Richtung des Ringradius (36) unter Spannung umgelenkt ist.
  6. Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Schaufelfuß (29, 39, 31, 41) der ersten und/oder der zweiten Schaufel (23, 27) unterstemmt ist.
  7. Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Segment (19) in Form eines Halbkreissegmentes gebildet ist.
  8. Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Kontaktflächen benachbarter Schaufelfüße (5) Zentriermittel aufweisen.
  9. Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Form eines Maschinengehäuses,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Schaufel (1) in Form einer Leitschaufel gebildet ist.
  10. Axial durchströmbare Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, Dampfturbine oder Verdichter, mit einem Maschinenteil (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zur Montage einer Anzahl von Schaufeln (1) bei einem Maschinenteil (4) einer Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem
    - ein Maschinenteil (4) mit einer Nut (11) bereitgestellt wird,
    - ein Segment (19) mit einer Anzahl von Schaufeln (1) in der Nut (11) befestigt wird, wobei eine Schaufel (1), mit ihrem Schaufelfuß (29) in der Nut (11) angeordnet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - zur Bildung eines ersten Randes (21) des Segments (19) eine erste Schaufel mit ihrem Schaufelfuß (29) in der Nut (11) angeordnet wird,
    - zur Bildung eines zweiten Randes (25) des Segments (19) eine zweite Schaufel (27) mit ihrem Schaufelfuß (31) in der Nut (11) angeordnet wird,
    - ein Schaufelfuß (29) der ersten Schaufel (23) durch ein mechanisches Spannelement (13) mit einem Schaufelfuß (31) der zweiten Schaufel (27) unter Spannung verbunden wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste und/oder die zweite Schaufel (23, 27) durch ein Stemmstück unterstemmt wird, wobei das Stemmstück in einen Zwischenraum unter einem Schaufelfuß (29, 39, 31, 41) eingebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nut (11) entlang einem Ringumfang (35) orientiert ist und eine Schaufel (3) mit ihrem Schaufelfuß (31) in der Nut (11) derart angeordnet wird, dass ein Schaufelblatt (7) entlang einem Ringradius (36) orientiert ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das mechanische Spannelement (13) bei der ersten und/oder zweiten Schaufel (23, 27) von der Richtung des Ringumfangs (35) in die Richtung des Ringradius (36) unter Spannung umgelenkt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das mechanische Spannelement (13) an seinem Ende gegen Lösen gesichert wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB122455A (en) * 1918-01-21 1919-01-21 Charles Algernon Parsons Turbine Blade Attachments.
DE333353C (de) * 1920-04-16 1921-03-18 Osthoff Fa Walter Gewebe-Gassengmaschine
EP1130217A1 (de) * 2000-03-01 2001-09-05 ABB Alstom Power N.V. Befestigung von Laufschaufeln in einer Turbomaschine

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