EP1728972A2

EP1728972A2 - Turbinenschaufelaxialsperre

Info

Publication number: EP1728972A2
Application number: EP06009569A
Authority: EP
Inventors: Joana Negulescu
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: EP1728972B1; DE102005024932A1; US20060280611A1; EP1728972A3; US7309215B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufelarretierungsvorrichtung zur axialen Sicherung einer mit einem Schaufelfuß (3) versehenen Turbinenschaufel (1), welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Scheibenfingernut (5) einer Turbinenscheibe (4) eingeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste der Schaufelplatform (10) mit einer sich über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Arretiernut (6) versehen ist, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, dass der Scheibenfinger (7) der Turbinenscheibe (4) mit einer halbkugelförmigen Ausnehmung (8) versehen ist und dass in die Ausnehmung (8) und die Arretiernut (6) eine Kugel (2) eingelegt 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 (Arretierungsbleche, Deckplatten und Arretirungsringe) 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 zur Arretierung eine Kugel verwendet wird, welche einen Anschlag bildet. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass die eine Hälfte der Kugel in einer halbkugelförmigen Ausnehmung gelagert ist, während die andere Hälfte der Kugel in eine Axialnut während der Montage einschiebbar ist. Die Kugel ist somit je zur Hälfte im Schaufelfuß und in der Turbinenscheibe angeordnet und führt somit zu einer axialen Sicherung in Form eines axialen Anschlags.
Es ist somit nicht erforderlich, die Turbinenschaufeln an dem Scheibenkranz oder der Turbinenscheibe mittels Arretierungsblechen oder Deckplatten oder Arretierungsringen zu befestigen. Vielmehr reicht die Einfügung einer kostengünstig beschaffbaren Kugel, die sich zudem durch ein geringes Gewicht auszeichnet und zur Montage keine weiteren Hilfsmittel oder Hilfsbauteile benötigt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ergeben sich erfindungsgemäß auch keine erhöhten Pumpverluste oder Leckagen im Schaufelhalsbereich, da die Passflächen zwischen dem Schaufelfuß und der Turbinenscheibe nicht durch zusätzliche Einbaumaßnahmen, wie etwa gefräste Haken oder Rasten, so wie dies der Stand der Technik zeigt, in ihrer Funktion gestört werden müssen.
Erfindungsgemäß ergeben sich zwei Möglichkeiten. Die eine besteht darin, dass die Dichtleiste der Schaufelplatform mit einer sich über einen Teil seiner axialen Länge erstreckenden Arretiernut versehen ist, welche die eine Hälfte der Kugel aufnimmt und diesbezüglich einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, während die andere Hälfte der Kugel in einer halbkugelförmigen Ausnehmung der Turbinenscheibe oder des Scheibenfingers angeordnet ist.
In der anderen Variante ist vorgesehen, dass die Nut in der Turbinenscheibe bzw. deren Scheibenfingernut vorgesehen ist, während die halbkugelförmige Ausnehmung im Schaufelfuß ausgebildet ist.
Welche der beiden Varianten gewählt wird, hängt von den jeweiligen baulichen Gegebenheiten ab und kann entsprechend optimiert werden.
Es ergibt sich somit eine leichte und preiswerte Konstruktion, welche sich durch einen einfachen Zusammenbau auszeichnet und leicht und problemlos demontiert werden kann. Durch die günstigen Kraftverhältnisse ergeben sich geringere mechanische Belastungen, welche zu einer Erhöhung der gesamten Lebensdauer der Turbine führen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Arretierungsnut mit einem teilkugelförmigen axialen Endbereich ausgebildet ist, da die zugeordnete Oberfläche der Kugel hierdurch präzise positioniert und zur Kraftübertragung gehalten werden kann. Es versteht sich, dass die Mittelachse der Ausnehmung zur Aufnahme der einen Kugelhälfte sowie die radiale Mittelachse des halbkugelförmigen Endbereichs der Nut bevorzugterweise zusammenfallen bzw. koinzident sind, um eine passgenaue Zuordnung der Turbinenschaufel zu der Turbinenscheibe vornehmen zu können.
Erfindungsgemäß kann es günstig sein, wenn zur weiteren axialen Sicherung ein zusätzliches Sicherungselement zwischen dem Schaufelfuß und der Turbinenscheibe montiert ist. Dieses kann beispielsweise in Form eines formschlüssig wirkenden Rings ausgebildet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine perspektivische Prinzipdarstellung des Stands der Technik,
Fig.2: eine Teil-Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig.3: eine Teil-Seitenansicht, analog Fig.2, eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Teil-Darstellung eine Turbinenscheibe 4, welche mehrere Scheibenfinger 7 umfasst, durch welche axiale Nuten 5 gebildet sind, in welche in axialer Richtung Schaufelfüße 3 von Turbinenschaufeln 1 einschiebbar sind. Die Konturierung der Nut 5 und der Schaufelfüße 3 ist entsprechend gewählt, um einen passgenauen Sitz zu gewährleisten.
Die Fig. 1 zeigt, dass beim Stand der Technik zur axialen Sicherung Haltebleche oder ähnliches verwendet werden.
Die Fig. 2 zeigt in der Seitenansicht jeweils eine Turbinenschaufel 1 sowie einen Teilbereich der Turbinenscheibe 4. Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht, bei welcher sich eine Kugel 2 hälftig in einem im Scheibenfinger 7 gefrästen Halbkugelsitz (Ausnehmung 8) befindet. In die hintere Dichtleiste der Schaufelplattform ist eine Arretiernut 6 mit einem halbkugelförmigen Querschnitt gefräst, welche den Einbau der Schaufel 1 im Scheibenkranz (Turbinenscheibe 4) von vorne ermöglicht. Es wird somit zunächst die Kugel 2 eingelegt, woraufhin dann in Richtung des Pfeils die Turbinenschaufel 1 eingeschoben wird.
Zur zusätzlichen Sicherung dient ein Sicherungselement 9, welches in eine geeignete Passnut einführbar ist, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante, bei welcher der Kugelsitz (Ausnehmung 8) im Schaufelfuß ausgebildet (gefräst) ist. Die Arretiernut 6 ist dabei am Grund der Scheibenfingernut5 der Turbinenscheibe 4 ausgebildet. Die Kugel 2 wird dabei bei der Montage zusammen mit der Schaufel 1 im Scheibenkranz (Turbinenscheibe 4) nach vorne geschoben (siehe Pfeilrichtung in Fig. 3). Die Kugel rastet in der Nut 6 ein, welche am Nutgrund der Scheibenfingernut 5 ausgefräst ist.
In beiden Fällen erfolgt auf einfache und kostengünstige Weise bei geringem Gewicht eine rückseitige Sicherung der Turbinenschaufel 1. Auch bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird für die Arretierung nach vorne ein Sicherungselement 9 verwendet.

Bezugszeichenliste

1: Turbinenschaufel
2: Kugel
3: Schaufelfuß
4: Turbinenscheibe
5: Scheibenfingernut
6: Arretiernut
7: Scheibenfinger
8: Ausnehmung
9: Sicherungselement
10: Dichtleiste des Schaufelplatform

Claims

Turbinenschaufelarretierungsvorrichtung zur axialen Sicherung einer mit einem Schaufelfuß (3) versehenen Turbinenschaufel (1), welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Scheibenfingernut (5) einer Turbinenscheibe (4) eingeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleiste der Schaufelplatform (10) mit einer sich über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Arretiernut (6) versehen ist, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, dass der Scheibenfinger (7) der Turbinenscheibe (4) mit einer halbkugelförmigen Ausnehmung (8) versehen ist und dass in die Ausnehmung (8) und die Arretiernut (6) eine Kugel (2) eingelegt ist.
Turbinenschaufelarretierungsvorrichtung zur axialen Sicherung einer mit einem Schaufelfuß (3) versehenen Turbinenschaufel (1), welche in einer sich axial erstreckenden profilierten Scheibenfingernut (5) einer Turbinenscheibe (4) eingeschoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (5) der Turbinenscheibe (4) mit einer sich über einen Teil ihrer axialen Länge erstreckenden Arretiernut (6) versehen ist, welche einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, dass der Schaufelfuß (3) mit einer halbkugelförmigen Ausnehmung (8) versehen ist und dass in die Ausnehmung (8) und die Arretiernut (6) eine Kugel (2) eingelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiernut (6) mit einem teilkugelförmigen axialen Endbereich ausgebildet ist, dessen radiale Mittelachse im montierten Zustand der Turbinenscheibe (4) mit der radialen Mittelachse der Ausnehmung (6) identisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiernut (6) in axialer Richtung am Außenbereich des Schaufelfußes (3) bzw. der Nut (5) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren axialen Sicherung ein Sicherungselement (9) zwischen dem Schaufelfuß (3) und die Turbinenscheibe (4) eingebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) in Form eines formschlüssig wirkenden Rings ausgebildet ist.