EP1860280A1 - Verriegelungsvorrichtung einer Turbinenschaufel mit einem Sperrelement - Google Patents

Verriegelungsvorrichtung einer Turbinenschaufel mit einem Sperrelement Download PDF

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EP1860280A1
EP1860280A1 EP06007453A EP06007453A EP1860280A1 EP 1860280 A1 EP1860280 A1 EP 1860280A1 EP 06007453 A EP06007453 A EP 06007453A EP 06007453 A EP06007453 A EP 06007453A EP 1860280 A1 EP1860280 A1 EP 1860280A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
blade root
locking
blocking
axial direction
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Withdrawn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
EP06007453A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Dr. Richter
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 EP06007453A priority Critical patent/EP1860280A1/de
Publication of EP1860280A1 publication Critical patent/EP1860280A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/323—Locking of axial insertion type blades by means of a key or the like parallel to the axis of the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/32—Locking, e.g. by final locking blades or keys
    • F01D5/326—Locking of axial insertion type blades by other means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins

Definitions

  • the invention relates to a turbine for a thermal power plant comprising a rotor, at least one blade having a blade root engaging with the rotor via a groove / land connection, and a blocking element for blocking a relative movement between the blade root and the rotor in the axial direction of the rotor.
  • the turbine blades of turbines known in the art are often mounted axially on the turbine rotor.
  • the blade roots are to be secured radially and axially in their rotor grooves in order to hold the blade in the rotor groove and to prevent a shaking movement of the same during turning operation of the turbine.
  • Such a shaking movement leads to surface damage in the support flanks of the blade roots and their Nutzahntragflanken. This in turn leads to a shortened fatigue life of the affected components.
  • blade roots are e.g. secured by locking plates at the inlet and / or outlet of the blade roots axially in the corresponding rotor grooves. It is also known to use tangentially arranged, partially flattened and secured by the neighboring blade pins for axial locking. Furthermore, in previously known turbines and bent elements are used for axial securing, which absorb the transmitted axial force by bending. However, large axial forces between the turbine blade and the rotor can not be absorbed by such bending elements.
  • An object of the invention is to provide a turbine of the type mentioned, in which the securing of the blade in the axial direction relative to the turbine rotor is designed for receiving large axial forces.
  • This object is achieved according to the invention with a generic turbine, wherein in the blade root and the rotor is provided in each case a locking recess for receiving the blocking element such that the blocking element blocks a relative movement between the blade root and the rotor in the axial direction of the rotor under shear stress.
  • the locking recesses in the blade root and the rotor are thus designed to receive the blocking element in the axial direction of the rotor such that an axial relative movement between the blade root and the rotor would cause a shear stress of the blocking element.
  • shear a force directed parallel to an upper surface of a body acts on an upper portion of the body. If its base can not move, the upper surface of the same is moved relative to the base.
  • a shear stress means that one of the blocking recesses of the blade root and the rotor exerts a force parallel to this upper surface on the blocking element in an upper region of the blocking element, while the other blocking recess holds the base surface or a lower region of the blocking element ,
  • the shearing stress of the blocking element according to the invention makes it possible to absorb large axial forces between the blade root and the turbine rotor with a relatively small element. Furthermore, the axial securing can be realized with minimal parts expenditure and furthermore low demands on the precision of the required components and the recesses or grooves to be introduced into the rotor and the blade. Since the solution according to the invention is not a closing bucket solution, ie the same for all buckets of the series, it is possible to specifically remove and install individual buckets during service measures. Furthermore, no risk of cracking grooves must be provided in the inventive solution. Rather, the locking recess can be kept relatively flat in the rotor. In the prior art partially required deep cutouts in the rotor can be avoided. In addition, the inventive allows Solution a very cost-effective axial securing a blade root on the rotor.
  • the locking recesses in the blade root and the rotor are designed to receive the blocking element in a form-fitting manner at least in the axial direction of the rotor.
  • the blocking element is inserted in the axial direction in both the locking recess of the blade root and the locking recess of the rotor accurately, so that the locking element is held both by the locking recess of the blade root and the locking recess of the rotor in the axial direction.
  • the respective locking recess in the blade root and / or the rotor is designed as a radial depression with a profile, in particular having a circular segment.
  • the profile of the recess is adapted to receive a circular locking element in a locking position for blocking an axial relative movement between the blade root and the rotor.
  • the blocking element in the respective locking recess in the blade root and / or the rotor from a blade mounting position for mounting or dismounting of the blade root in a blocking position for blocking a in the axial direction the rotor takes place relative movement between the blade root and the rotor is displaceable.
  • the locking recesses are each designed with respect to the rotor as radial depressions, which have an elongated shape in a direction perpendicular to the radial extent.
  • the respective longitudinal extension of the locking recesses is directed transversely to the axial direction of the rotor.
  • the respective direction of the longitudinal extent concludes the SperrausEnglishept with the axial direction of extension of the rotor an angle of about 70 °.
  • the locking recesses at the ends of their longitudinal extent each have semicircular profiles for receiving a circular locking element in the two extreme positions, wherein the longitudinal sides of the locking recesses are designed to be rectilinear.
  • the respective blocking recess in the blade root and / or the rotor prefferably have a contact surface extending transversely to the axial direction of the rotor.
  • the blade root and / or the rotor has a locking recess extending in the axial direction of the rotor, in particular a locking groove, and a locking member guided in the locking recess.
  • the locking member is adapted for displacing the locking element into a locking position in the locking recesses of the blade root and the rotor, wherein the blocking element in the blocking position blocks a relative movement between the blade root and the rotor in the axial direction of the rotor.
  • the locking member is adapted to move the locking member from a blade mounting position for mounting or dismounting the blade root on the rotor in the locking position.
  • the blocking element is displaced in particular in the tangential direction with respect to the rotor.
  • the blade root can easily be mounted and dismounted on the rotor and thereupon the axial locking can be produced or released without difficulty by means of the blocking element.
  • the locking member is further configured to hold the locking member in the locked position.
  • the locking member is designed as a wedge piece.
  • the locking member during insertion of the same in the locking recess continuously moves the locking element in the direction of the locking position. If the locking element designed as a wedge piece is then inserted sufficiently far into the locking recess, the locking element is in the intended locking position.
  • the locking element is moved by means of a dedicated tool, such as a mandrel, in the locked position.
  • the locking member is rod-shaped, in particular designed as a wave wedge.
  • the wave wedge has along its longitudinal extent wave-shaped deviations in the radial direction with respect to the turbine rotor, in particular in such a way that a chain of leaf springs results (1 to n leaf springs).
  • the waves are pressed flat elastic.
  • the elastically flattened waves counteract slipping out of the wave wedge.
  • the locking member is designed as a curved wedge bar with waves, wherein the bending of the locking member is adapted to a possibly provided curved shape of the groove / web connection between the rotor and the blade root.
  • the locking member is bendable at its ends for securing against axial displacement of itself.
  • the locking member after insertion into the locking recess can be bent at its ends, preferably with respect to the turbine rotor radially inwardly and is thereby secured against axial displacement.
  • provided on the end faces of the rotor, in particular radially with respect to the rotor extending grooves for receiving the bent ends of the locking member. This reduces the erosion susceptibility of the bent ends. Since the axial securing of the blade according to the invention achieved over the shear piece is, must be secured by the bending of the locking member ends only the locking member against axial displacement.
  • the ends of the locking member are relatively thin, since the required securing force is small.
  • the bending of the relatively thin ends can be carried out without problems in terms of assembly. All recesses in the blade root are in low-stress areas.
  • the thickness of the locking member can be selected as low as possible and the blocking element can be arranged as close as possible to the outlet of the locking member from the rotor shaft.
  • the blade root and / or the rotor shaft has an unlocking recess, in particular a bore and / or a groove, which is designed to receive an unlocking tool, in particular a pin punch for pushing out the blocking element from a blocking position in the locking recesses of the blade root and the rotor ,
  • the blocking element blocks a relative movement between the blade root and the rotor in the axial direction of the rotor.
  • the blocking element can be moved by means of the unlocking tool from the blocking position into a blade mounting position for mounting or demounting the blade root. In this position of the locking element, the blade root can be removed from the rotor by a substantially axial displacement.
  • the Entriegelungsaussparung runs in a low-stress region of the blade root.
  • the ends of the locking member are first bent back and removed the same by expulsion.
  • About the Entriegelungsaussparung in low-stressed area of the blade root is then pushed with a flattened pin punch the locking element in the blade mounting position.
  • the shovel can be like slide over the locking element during installation and remove it along the groove / web connection.
  • FIG. 1 shows a portion of a turbine rotor 10 according to the invention in the region of a blade attachment groove 12.
  • the blade attachment groove 12 has fir tree profile, which is designed to receive a turbine blade with a fir-tree-shaped foot.
  • FIG. 2a shows a portion of such a blade root 18 inserted into the blade attachment groove 12.
  • the rotor and blade root may also have a dovetail-shaped profile.
  • the blade root 18 is inserted into the blade attachment groove 12 axially with respect to the rotor for mounting the turbine blade.
  • the blade root 18 along a straight or slightly curved path in a relation to the rotor axis pivoted by a small angle orientation in the Schaufelbefest Trentsnut 12th introduced.
  • FIGS. 1 and 2a there is a blocking element 16 arranged on a bottom region 14 of the blade attachment groove 12 in the assembly position shown in FIGS. 1 and 2a.
  • a radially outwardly facing shear piece 16a of the locking element 16 in the central region of the bottom portion 14 of the Schaufelbefest Trentsnut 12.
  • the locking member 16 has, in addition to the shear piece 16a on a perpendicularly extending bottom piece 16b.
  • the bottom piece 16b extends in the tangential direction with respect to the rotor 10 and is arranged in a locking groove 26b of the rotor 10 arranged in the bottom area 14 of the rotor 10.
  • the locking element 16 is arranged in the center position 10 of the Schaufelbefest onlysnut 12 shown in FIGS. 1 and 2a, with respect to the bottom portion 10 of the Schaufelbefest onlysnut 12, so that the shear piece 16a in one at the bottom of the blade root 18 centrally provided locking groove 26a of the blade root can be performed.
  • This position of the blocking element 16 is also referred to as a mounting position. If the blade root 18 is fully inserted into the Schaufelbefest Trent 12, the locking member 16 is moved by means of a dedicated tool, such as a mandrel according to FIGS.
  • a locking member 28 is inserted into a locking recess 26 composed of a locking groove 26a of the blade root and a locking groove 26b of the rotor 10.
  • the locking member 28 is designed as a wave wedge, as shown in FIG. 3.
  • the blocking element 16 according to FIGS. 2a and 2b is held on the right in the blocking recesses 20 and 22 of the rotor 10 and of the blade root 18.
  • the locking recess 20 of the rotor is designed as a radial recess with a semicircular side wall 24.
  • the semicircular side wall 24 has portions that are transverse to the axial direction of the rotor oriented abutment surfaces 24a and 24b for the shear piece 16a of the locking element 16 serve.
  • the corresponding locking recess 22 of the blade root 18 has an analogous profile to the profile of the locking recess 20, so that the locking element 16 is positively received by the locking recesses 20 and 22 when arranged in the locking position. In this position, the locking element 16 secures the blade root 18 against axial displacement relative to the rotor 10 by shear stress of the locking element 16.
  • the waves thereof Upon introduction of the formed as a wave wedge locking member 28, the waves thereof are pressed flat. Thereafter, wedge ends 28a and 28b of the locking member 28 are preferably bent radially inwardly to secure the locking member 28 itself against axial displacement.
  • the blade root 18 are removed again from the Schaufelbefest Trentsnut 12, first the wedge ends 28a and 28b of the locking member 28 are bent back and the locking member 28 removed by expulsion. With a pin punch, the blocking element 16 is then pushed back into the blade mounting position according to FIG. 2a via an unlocking recess 30 provided as a bore or groove in the low-stressed region of the blade root 18. The Entriegelungsaussparung 30 can be seen in Fig. 3. When the blade root 18 is removed, it again slides over the blocking element 16 as during installation and can then be removed from the blade fastening groove 12.

Landscapes

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

Eine Turbine für ein thermisches Kraftwerk mit einem Rotor(10) mindestens einer Schaufel, die einen mit dem Rotor (10) über eine Nut/Steg-Verbindung (12,18) in Eingriff stehenden Schaufelfuß (18) aufweist, sowie einem Sperrelement (16) zum Blockieren einer Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10), ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) jeweils eine Sperrausnehmung (20,22) zum derartigen Aufnehmen des Sperrelements (16) vorgesehen ist, dass das Sperrelement (16) unter Scherbeanspruchung eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10) blockiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbine für ein thermisches Kraftwerk mit einem Rotor, mindestens einer Schaufel, die einen mit dem Rotor über eine Nut/Steg-Verbindung in Eingriff stehenden Schaufelfuß aufweist, sowie einem Sperrelement zum Blockieren einer Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor in Axialrichtung des Rotors.
  • Die Turbinenschaufeln von im Stand der Technik bekannten Turbinen werden oft axial an dem Turbinenrotor montiert. Dabei sind die Schaufelfüße radial und axial in ihren Rotornuten zu sichern, um die Schaufel in der Rotornut festzuhalten und um eine Rüttelbewegung derselben beim Turnbetrieb der Turbine zu verhindern. Eine derartige Rüttelbewegung führt zu Oberflächenbeschädigungen in den Tragflanken der Schaufelfüße und deren Nutzahntragflanken. Dies wiederum führt zu einer verkürzten Ermüdungslebensdauer der betroffenen Bauteile.
  • Gegenwärtig werden Schaufelfüße z.B. mittels Sicherungsblechen am Ein- und/oder Austritt der Schaufelfüße axial in den entsprechenden Rotornuten gesichert. Es ist auch bekannt, tangential angeordnete, teilweise abgeflachte und durch die Nachbarschaufel gesicherte Stifte zur Axialsicherung zu verwenden. Weiterhin werden bei bisher bekannten Turbinen auch umgebogene Elemente zur Axialsicherung verwendet, die die übertragene Axialkraft durch Biegung aufnehmen. Große Axialkräften zwischen Turbinenschaufel und Rotor können jedoch durch derartige Biegeelemente nicht aufgenommen werden.
  • Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Turbine der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der die Sicherung der Schaufel in axialer Richtung gegenüber dem Turbinenrotor auf eine Aufnahme großer Axialkräfte ausgelegt ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer gattungsgemäßen Turbine gelöst, bei der in dem Schaufelfuß und dem Rotor jeweils eine Sperrausnehmung zum derartigen Aufnehmen des Sperrelements vorgesehen ist, dass das Sperrelement unter Scherbeanspruchung eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor in Axialrichtung des Rotors blockiert. Die Sperrausnehmungen in dem Schaufelfuß und dem Rotor sind damit darauf ausgelegt, das Sperrelement derart in Axialrichtung des Rotors aufzunehmen, dass eine axiale Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor eine Scherbeanspruchung des Sperrelements bewirken würde. Bei einer Scherung wirkt eine parallel zu einer oberen Fläche eines Körpers gerichtete Kraft auf einen oberen Bereich des Körpers ein. Kann sich dessen Grundfläche nicht bewegen, so wird die obere Fläche desselben relativ zur Grundfläche verschoben. Bezogen auf das erfindungsgemäße Sperrelement bedeutet eine Scherbeanspruchung, dass eine der Sperrausnehmungen des Schaufelfußes und des Rotors in einem oberen Bereich des Sperrelements eine Kraft parallel zu dieser oberen Fläche auf das Sperrelement ausübt, während die andere Sperrausnehmung die Grundfläche bzw. einen unteren Bereich des Sperrelements festhält.
  • Die erfindungsgemäße Scherbeanspruchung des Sperrelements ermöglicht die Aufnahme großer Axialkräfte zwischen Schaufelfuß und Turbinenrotor mit einem relativ kleinen Element. Weiterhin kann die axiale Sicherung mit minimalem Teileaufwand und darüber hinaus niedriger Anforderung an die Präzision der benötigten Bauteile und die in den Rotor und die Schaufel einzubringenden Ausnehmungen bzw. Nuten verwirklicht werden. Da es sich bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht um eine Schlussschaufellösung handelt, also für alle Schaufeln der Reihe gleich ist, ist ein gezieltes Aus- und Einbauen einzelner Schaufeln bei Servicemaßnahmen möglich. Weiterhin müssen bei der erfindungsgemäßen Lösung keine anrissgefährdeten Nuten vorgesehen werden. Vielmehr kann die Sperrausnehmung im Rotor relativ flach gehalten werden. Im Stand der Technik teilweise benötigte tiefe Ausfräsungen im Rotor können damit vermieden werden. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine sehr kostengünstige axiale Sicherung eines Schaufelfußes am Rotor.
  • Vorteilhafterweise sind die Sperrausnehmungen in dem Schaufelfuß und dem Rotor darauf ausgelegt, das Sperrelement zumindest in Axialrichtung des Rotors formschlüssig aufzunehmen. Das heißt, dass das Sperrelement in Axialrichtung sowohl in die Sperrausnehmung des Schaufelfußes als auch die Sperrausnehmung des Rotors passgenau eingefügt ist, sodass das Sperrelement sowohl von der Sperrausnehmung des Schaufelfußes als auch von der Sperrausnehmung des Rotors in axialer Richtung festgehalten wird. Mittels dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird erreicht, dass der Schaufelfuß gegenüber dem Turbinenrotor nahezu spielfrei in axialer Richtung festgelegt ist, was die Dauerhaftigkeit der Verbindung erhöht.
  • Zweckmäßigerweise ist die jeweilige Sperrausnehmung in dem Schaufelfuß und/oder dem Rotor als eine radiale Vertiefung mit einem insbesondere ein Kreissegment aufweisenden Profil ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das Profil der Vertiefung darauf ausgelegt, ein kreisförmiges Sperrelement in einer Sperrstellung zum Blockieren einer axialen Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor aufzunehmen.
  • Um die Montage des Schaufelfußes in dem Turbinenrotor möglichst einfach zu gestalten, ist es zweckmäßig, wenn das Sperrelement in der jeweiligen Sperrausnehmung in dem Schaufelfuß und/oder dem Rotor von einer Schaufelmontageposition zum Montieren bzw. Demontieren des Schaufelfußes in eine Sperrposition zum Blockieren einer in Axialrichtung des Rotors erfolgenden Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor verschiebbar ist. Vorteilhafterweise sind dazu die Sperrausnehmungen jeweils hinsichtlich des Rotors als radiale Vertiefungen ausgeführt, die in einer Richtung senkrecht zur radialen Erstreckung eine längliche Form aufweisen. Vorteilhafterweise ist die jeweilige Längserstreckung der Sperrausnehmungen quer zur Axialrichtung des Rotors gerichtet. Insbesondere schließt die jeweilige Richtung der Längserstreckung der Sperrausnehmungen mit der axialen Erstreckungsrichtung des Rotors einen Winkel von etwa 70° ein. Zweckmäßigerweise weisen die Sperrausnehmungen an den Enden ihrer Längserstreckung jeweils halbkreisförmige Profile zur Aufnahme eines kreisförmigen Sperrelements in den beiden Extremstellungen auf, wobei die Längsseiten der Sperrausnehmungen geradlinig gestaltet sind.
  • Um eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor in Axialrichtung des Rotors wirksam unter Scherbeanspruchung des Sperrelements blockieren zu können, ist es zweckmäßig, wenn die jeweilige Sperrausnehmung in dem Schaufelfuß und/oder dem Rotor eine quer zur Axialrichtung des Rotors verlaufende Anlagefläche aufweist.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform weist der Schaufelfuß und/oder der Rotor eine in Axialrichtung des Rotors verlaufende Verriegelungsaussparung, insbesondere eine Verriegelungsnut, sowie ein in der Verriegelungsaussparung geführtes Verriegelungsglied auf. Das Verriegelungsglied ist zum Verschieben des Sperrelements in eine Sperrposition in den Sperrausnehmungen des Schaufelfußes und des Rotors ausgelegt, wobei das Sperrelement in der Sperrposition eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor in Axialrichtung des Rotors blockiert. Das Verriegelungsglied ist insbesondere darauf ausgelegt, das Sperrglied von einer Schaufelmontageposition zum Montieren bzw. Demontieren des Schaufelfußes an dem Rotor in die Sperrposition zu verschieben. Dabei wird das Sperrelement insbesondere in tangentialer Richtung bezüglich dem Rotor verschoben. Durch die erfindungsgemäße Verriegelungsaussparung lässt sich der Schaufelfuß problemlos an dem Rotor montieren und demontieren und daraufhin die axiale Verriegelung mittels des Sperrelements ohne Schwierigkeiten herstellen bzw. lösen. Insbesondere ist das Verriegelungsglied weiterhin derart gestaltet, um das Sperrglied in der Sperrposition zu halten.
  • Vorteilhafterweise ist das Verriegelungsglied als Keilstück ausgestaltet. Damit verschiebt das Verriegelungsglied beim Einführen desselben in die Verriegelsaussparung kontinuierlich das Sperrelement in Richtung der Sperrposition. Ist das als Keilstück ausgelegte Verriegelungsglied dann ausreichend weit in die Verriegelungsaussparung eingeführt, befindet sich das Sperrelement an der vorgesehenen Sperrposition. In einer alternativen Ausführungsform wird das Sperrelement mittels eines eigens dafür vorgesehenen Werkzeugs, wie etwa einem Dorn, in die Sperrposition verschoben.
  • In besonders vorteilhafter Ausführungsform ist das Verriegelungsglied stabförmig, insbesondere als Wellenkeil ausgelegt. Vorteilhafterweise weist der Wellenkeil entlang seiner Längserstreckung wellenförmige Abweichungen in radialer Richtung bezüglich dem Turbinenrotor auf, insbesondere dergestalt, dass sich eine Kette von Blattfedern ergibt (1 bis n Blattfedern). Beim Einführen des Wellenkeils in die Verriegelungsaussparung werden die Wellen elastisch flach gedrückt. Die elastisch flach gedrückten Wellen wirken einem Herausrutschen des Wellenkeils entgegen. Vorteilhafterweise ist das Verriegelungsglied als gebogener Keilstab mit Wellen ausgeführt, wobei die Biegung des Verriegelungsglieds an eine möglicherweise vorgesehene gebogene Form der Nut/Stegverbindung zwischen dem Rotor und dem Schaufelfuß angepasst ist.
  • Darüber hinaus ist das Verriegelungsglied an seinen Enden zur Sicherung gegenüber axialer Verschiebung seiner selbst verbiegbar. Insbesondere kann das Verriegelungsglied nach Einführung in die Verriegelungsaussparung an seinen Enden umgebogen werden, vorzugsweise bezüglich des Turbinenrotors radial nach innen und wird dadurch gegenüber axialer Verschiebung gesichert. Vorteilhafterweise sind an den Stirnseiten des Rotors, insbesondere radial bezüglich des Rotors verlaufende Nuten zur Aufnahme der umgebogenen Enden des Verriegelungsgliedes vorgesehen. Damit wird die Erosionsanfälligkeit der umgebogenen Enden verringert. Da die axiale Sicherung der Schaufel gemäß der Erfindung über das Scherstück erzielt wird, muss durch das Umbiegen der Verriegelungsgliedenden lediglich das Verriegelungsglied gegenüber axialer Verschiebung gesichert werden. Für diese Funktion ist es ausreichend, wenn die Enden des Verriegelungsgliedes relativ dünn sind, da die erforderliche Sicherungskraft klein ist. Das Umbiegen der relativ dünnen Enden kann montagetechnisch problemlos durchgeführt werden. Alle Ausnehmungen im Schaufelfuß befinden sich in niedrig beanspruchten Bereichen. Vorteilhafterweise kann die Dicke des Verriegelungsgliedes möglichst gering gewählt und das Sperrelement möglichst nahe am Austritt des Verriegelungsgliedes aus der Rotorwelle angeordnet werden.
  • In vorteilhafter Ausführungsform weist der Schaufelfuß und/oder die Rotorwelle eine Entriegelungsaussparung, insbesondere eine Bohrung und/oder eine Nut auf, welche zur Aufnahme eines Entriegelungswerkzeuges, insbesondere eines Splinttreibers zum Herausschieben des Sperrelements aus einer Sperrposition in den Sperrausnehmungen des Schaufelfußes und des Rotors ausgebildet ist. In dieser Sperrposition blockiert das Sperrelement eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß und dem Rotor in Axialrichtung des Rotors. Vorteilhafterweise kann das Sperrelement mittels des Entriegelungswerkzeugs von der Sperrposition in eine Schaufelmontageposition zum Montieren bzw. Demontieren des Schaufelfußes verschoben werden. In dieser Position des Sperrelements kann der Schaufelfuß aus dem Rotor durch im Wesentlichen axiale Verschiebung entnommen werden.
  • Vorteilhafterweise verläuft die Entriegelungsaussparung in einem niedrig beanspruchten Bereich des Schaufelfußes. Zur Demontage eines Schaufelfußes werden zunächst die Enden des Verriegelungsgliedes zurückgebogen und dasselbe durch Austreiben entnommen. Über die Entriegelungsaussparung im niedrig beanspruchten Bereich des Schaufelfußes wird dann mit einem abgeflachten Splinttreiber das Sperrelement in die Schaufelmontageposition geschoben. Nun kann die Schaufel wie beim Einbau über das Sperrelement hinweg gleiten und entlang der Nut/Steg-Verbindung entnommen werden.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbine anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines Turbinenrotorabschnitts mit einer Schaufelbefestigungsnut,
    Fig. 2a
    eine Axialschnittansicht des Turbinenrotors gemäß Fig. 1 mit einem darin eingeführten Schaufelfuß sowie einem in einer Montageposition befindlichen Sperrelement,
    Fig. 2b
    die Schnittansicht des Turbinenrotors gemäß Fig. 2a bei der das Sperrelement in eine Sperrposition verschoben ist, sowie
    Fig. 3
    eine perspektivische Ansicht eines Rotorabschnitts im Bereich einer Befestigungsnut sowie ein als Wellenkeil ausgebildetes Verriegelungsglied zum Einführen in eine Verriegelungsaussparung.
  • Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Turbinenrotors 10 im Bereich einer Schaufelbefestigungsnut 12. Die Schaufelbefestigungsnut 12 weist Tannenbaumprofil auf, welches zur Aufnahme einer Turbinenschaufel mit einem tannenbaumförmigen Fuß gestaltet ist. Fig. 2a zeigt einen Abschnitt eines derartigen in die Schaufelbefestigungsnut 12 eingeführten Schaufelfußes 18. In einer nicht gezeigten Ausführungsform können Rotor und Schaufelfuß auch ein schwalbenschwanzförmiges Profil aufweisen. Der Schaufelfuß 18 wird zur Montage der Turbinenschaufel axial bezüglich des Rotors in die Schaufelbefestigungsnut 12 eingeführt. Dabei wird der Schaufelfuß 18 entlang eines geraden oder leicht gekrümmten Weges in einem gegenüber der Rotorachse um einen kleinen Winkel verschwenkten Orientierung in die Schaufelbefestigungsnut 12 eingeführt. Dabei befindet sich ein an einem Bodenbereich 14 der Schaufelbefestigungsnut 12 angeordnetes Sperrelement 16 in der in den Fig. 1 und 2a gezeigten Montageposition. In der Montageposition befindet sich ein radial nach außen weisendes Scherstück 16a des Sperrelements 16 im Mittelbereich des Bodenbereichs 14 der Schaufelbefestigungsnut 12. Das Sperrelement 16 weist neben dem Scherstück 16a ein sich senkrecht dazu erstreckendes Bodenstück 16b auf. Das Bodenstück 16b erstreckt sich in tangentialer Richtung bezüglich des Rotors 10 und ist in einer im Bodenbereich 14 des Rotors 10 angeordneten Verriegelungsnut 26b des Rotors 10 angeordnet.
  • Zum Einführen des Schaufelfußes 18 in die Schaufelbefestigungsnut 12 des Rotors 10 wird das Sperrelement 16 in der in den Fig. 1 und 2a gezeigten, bezüglich des Bodenbereichs 10 der Schaufelbefestigungsnut 12 mittigen Stellung angeordnet, so dass das Scherstück 16a in einer an der Unterseite des Schaufelfußes 18 mittig vorgesehenen Verriegelungsnut 26a des Schaufelfußes geführt werden kann. Diese Stellung des Sperrelements 16 wird auch als Montagestellung bezeichnet. Ist der Schaufelfuß 18 vollständig in die Schaufelbefestigungsnut 12 eingeschoben, wird das Sperrelement 16 mittels eines eigens dafür vorgesehenen Werkzeugs, wie etwa einem Dorn gemäß Fig. 2a und 2b nach rechts in Sperrausnehmungen 20 und 22 des Rotors 10 bzw. des Schaufelfußes 18 verschoben. Daraufhin wird ein Verriegelungsglied 28 in eine Verriegelungsaussparung 26, die sich aus einer Verriegelungsnut 26a des Schaufelfußes und einer Verriegelungsnut 26b des Rotors 10 zusammensetzt, eingeführt. Das Verriegelungsglied 28 ist als Wellenkeil ausgeführt, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Durch das Einführen des Verriegelungsglieds 28 wird das Sperrelement 16 gemäß Fig. 2a und 2b rechts in den Sperrausnehmungen 20 und 22 des Rotors 10 bzw. des Schaufelfußes 18 gehalten. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Sperrausnehmung 20 des Rotors als eine radiale Vertiefung mit einer halbkreisförmigen Seitenwand 24 ausgeführt. Die halbkreisförmige Seitenwand 24 weist Abschnitte auf, die als quer zur Axialrichtung des Rotors orientierte Anlageflächen 24a und 24b für das Scherstück 16a des Sperrelements 16 dienen.
  • Die entsprechende Sperrausnehmung 22 des Schaufelfußes 18 weist ein zum Profil der Sperrausnehmung 20 analoges Profil auf, sodass das Sperrelement 16 bei Anordnung in der Sperrposition formschlüssig von den Sperrausnehmungen 20 und 22 aufgenommen ist. In dieser Stellung sichert das Sperrelement 16 den Schaufelfuß 18 gegenüber axialer Verschiebung gegenüber dem Rotor 10 durch Scherbeanspruchung des Sperrelements 16. Bei Einführung des als Wellenkeil ausgebildeten Verriegelungsgliedes 28 werden die Wellen desselben flach gedrückt. Danach werden Keilenden 28a und 28b des Verriegelungsgliedes 28 vorzugsweise radial nach innen umgebogen, um das Verriegelungsglied 28 selbst gegen axiale Verschiebung zu sichern. Soll nun der Schaufelfuß 18 wieder aus der Schaufelbefestigungsnut 12 entnommen werden, werden zunächst die Keilenden 28a und 28b des Verriegelungsglieds 28 zurückgebogen und das Verriegelungsglied 28 durch Austreiben entnommen. Mit einem Splinttreiber wird daraufhin das Sperrelement 16 über eine als Bohrung oder Nut im niedrig beanspruchten Bereich des Schaufelfußes 18 vorgesehene Entriegelungsaussparung 30 in die Schaufelmontageposition gemäß Fig. 2a zurückgeschoben. Die Entriegelungsaussparung 30 ist in Fig. 3 ersichtlich. Beim Entnehmen des Schaufelfußes 18 gleitet dieser wieder wie beim Einbau über das Sperrelement 16 hinweg und kann daraufhin der Schaufelbefestigungsnut 12 entnommen werden.

Claims (11)

  1. Turbine für ein thermisches Kraftwerk mit einem Rotor (10),
    mindestens einer Schaufel, die einen mit dem Rotor (10) über eine Nut/Steg-Verbindung (12, 18) in Eingriff stehenden Schaufelfuß (18) aufweist,
    sowie einem Sperrelement (16) zum Blockieren einer Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) jeweils eine Sperrausnehmung (20, 22) zum derartigen Aufnehmen des Sperrelements (16) vorgesehen ist,
    dass das Sperrelement (16) unter Scherbeanspruchung eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10) blockiert.
  2. Turbine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Sperrausnehmungen (20, 22) in dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) darauf ausgelegt sind, das Sperrelement (16) zumindest in Axialrichtung des Rotors (10) formschlüssig aufzunehmen.
  3. Turbine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die jeweilige Sperrausnehmung (20, 22) in dem Schaufelfuß (18) und/oder dem Rotor (10) als eine radiale Vertiefung mit einem insbesondere ein Kreissegment aufweisenden Profil ausgebildet ist.
  4. Turbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der jeweiligen Sperrausnehmung (20, 22) in dem Schaufelfuß (18) und/oder dem Rotor (10) das Sperrelement (16) von einer Schaufelmontageposition zum Montieren bzw. Demontieren des Schaufelfußes (18) in eine Sperrposition zum Blockieren einer in Axialrichtung des Rotors (10) erfolgenden Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) verschiebbar ist.
  5. Turbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die jeweilige Sperrausnehmung (20, 22) in dem Schaufelfuß (18) und/oder dem Rotor (10) eine quer zur Axialrichtung des Rotors (10) verlaufende Anlagefläche (24a, 24b) aufweist.
  6. Turbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (18) und/oder der Rotor (10) eine in Axialrichtung des Rotors (10) verlaufende Verriegelungsaussparung (26, 26a, 26b),
    insbesondere eine Verriegelungsnut,
    sowie ein in der Verriegelungsaussparung (26, 26a, 26b) geführtes Verriegelungsglied (28) aufweist,
    welches zum Verschieben des Sperrelements (16) in eine Sperrposition in den Sperrausnehmungen (20, 22) des Schaufelfußes (18) und des Rotors (10) ausgelegt ist,
    in der das Sperrelement (16) eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10) blockiert.
  7. Turbine nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verriegelungsglied (28) als Keilstück ausgestaltet ist.
  8. Turbine nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verriegelungsglied (28) stabförmig,
    insbesondere als Wellenkeil ausgestaltet ist.
  9. Turbine nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verriegelungsglied (28) an seinen Enden (28a, 28b) zur Sicherung gegenüber axialer Verschiebung verbiegbar ist.
  10. Turbine nach einem der vorausgehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (18) und/oder der Rotor (10) eine Entriegelungsaussparung (30),
    insbesondere eine Bohrung (30) und/oder eine Nut aufweist, welche zur Aufnahme eines Entriegelungswerkzeuges, insbesondere eines Splinttreibers zum Herausschieben des Sperrelements (16) aus einer Sperrposition in den Sperrausnehmungen (20, 22) des Schaufelfußes (18) und des Rotors (10),
    in der das Sperrelement (16) eine Relativbewegung zwischen dem Schaufelfuß (18) und dem Rotor (10) in Axialrichtung des Rotors (10) blockiert,
    ausgebildet ist.
  11. Turbine nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Entriegelungsaussparung (30) in einem niedrig beanspruchten Bereich des Schaufelfußes (18) verläuft.
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