EP1899581A1

EP1899581A1 - Rotor für eine turbine sowie verfahren und vorrichtung zur herstellung des rotors

Info

Publication number: EP1899581A1
Application number: EP06754598A
Authority: EP
Inventors: Hans-Egon Brock
Original assignee: MAN Turbo AG
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-03-19
Also published as: BRPI0613072A2; DE102005030516A1; CA2613595A1; WO2007000326A1; RU2375589C2; JP2008544157A; US20090116964A1; RU2008102570A; CN101263278A

Abstract

Es wird ein Rotor für eine Turbine beschrieben, der zur Aufnahme einer oder mehrerer Reihen von Schaufeln mit einer entsprechenden Anzahl von Nuten versehen ist, die jeweils in einer senkrecht zur Längsachse (RM) des Rotors (4) verlaufenden radialen Ebene (RE) angeordnet sind. Jede Schaufel besteht aus einem Schaufelfuß (1), einem Schaufelprofil (2) und einer Deckplatte (3) , wobei die Schaufelfüße (1) einer Schaufelreihe dicht aneinanderliegend in eine der Nuten des Rotors (4) eingesetzt sind. Die Deckplatte (3) und der Schaufelfuß (1) weisen die Form eines Rhomboids auf und sind mit einer durchgehenden Konizität versehen. Die Deckplatten (3) einer Schaufelreihe bilden aneinander anliegend einen geschlossenen Ring und sind in Umfangsrichtung des Rotors (4) um eine Teilungszugabe (3.1) größer, als der theoretischen Teilung zur Bildung des geschlossenen Ringes entspricht. Die in Umfangsrichtung des Rotors (4) ausgerichteten Seiten des Rhomboids der Deckplatte (3) sind um einen Winkel von 90° minus einem Verdrehwinkel Alpha zur Längsachse (RM) des Rotors (4) verdreht gefertigt. Die Deckplatten (3) und die Schaufelprofile (2) jeder Schaufel einer Schaufelreihe werden zur Erzeugung einer Torsionsspannung in dem Schaufelprofil (2) durch eine an den Deckplatten (3) angreifende Kraft um die Längsachse der Schaufel um den Winkel Alpha in eine Stellung von 90° zur Längsachse (RM) des Rotors (4) gedreht.

Description

Beschreibung

Rotor für eine Turbine sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des Rotors

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Turbine sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des Rotors mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1, 7 und 8.

Schwingungen an den Schaufeln von Dampf- oder Gasturbinen führen zur Rissbildung an den Schaufeln und längerfristig zu einem Schaufelbruch mit großen Schäden an der Turbine. Um einen störungsfreien Betrieb der Turbine garantieren zu können, müssen die Schaufelschwingungen durch geeignete konstruktive Maßnahmen reduziert werden. Zur Dämpfung der Schwingungen an Laufschaufeln im Mittel- und Niederdruckbereich von Dampfturbinen werden unter anderen folgende Lösungen angewendet.

Bei größeren Endstufenlaufschaufeln im Niederdruckbereich der Turbine dämpft ein in Bohrungen im Profilbereich umlaufender Haltedraht die Schwingungen. Eine solche Art der Schwingungsdämpfung wird meist bei Schaufeln ohne Deckplatte angewendet .

Bei Laufschaufeln, die nur durch eine geringe Umfangsgeschwindigkeit belastet werden, wird ein Deckband mittels Nietzapfen am Profilende der im Rotor eingebauten Schaufeln segmentweise angenietet. Die Ausführung kam an älteren Turbinen häufig zur Anwendung. Bei Turbinen mit großen Umfangsgeschwindigkeiten ist die Festigkeit der Nietverbindung nicht ausreichend. Hier scheidet die genietete Ausführung aus.

Im Mittel- und zunehmend auch im Niederdruckbereich von Turbinen werden heute fast ausschließlich Deckplattenlaufschaufeln verwendet, die gute Festigkeitseigenschaften mit hohen Wirkungsgraden verbinden. Die Schaufel und das zu ihr gehörende Stück Deckband (Deckplatte) bilden bei dieser Ausführung eine Einheit. Der Nachteil der geringen Festigkeit der Nietverbindung wird bei der Einheit aus Schaufel und Deckplatte vermieden. Die Deckplatten der einzelnen Laufschaufeln bilden nach ihrem Einbau in den Turbinenrotor einen Ring. Die Schwingungsdämpfung erfolgt bei dem Ring an den Berührungsflächen der Deckplatten zwischen den einzelnen Schaufeln.

Die bekannte Ausführung hat jedoch folgende Schwachpunkte. In der Praxis ist es nicht möglich, aufgrund der an jeder Schaufel unterschiedlich vorhandenen Toleranzen in einer Stufe mit beispielsweise 70 Laufschaufeln diese spielfrei zueinander einzubauen. Ein weiterer Grund sind die großen Zentrifugalkräfte und die Wärmedehnung, die im Betriebszustand der Turbine auf jeden einzelnen Laufschaufelabschnitt wirken. Die Zentrifugalkräfte und die Wärmedehnung führen dazu, dass sich die Schaufelfüße im Rotor etwas nach außen versetzen. Die Deckplatten der Schaufeln bewegen sich zusätzlich durch die Dehnung des Schaufelprofils ebenfalls in Längsrichtung nach außen. Da jede Schaufel mit ihren Fuß- und Deckplattenflächen einen Keil bildet, kommt es durch die beschriebenen Setzbewegungen der Schaufeln nach außen zu einer Spaltbildung an den Deckplattenflachen zwischen den einzelnen Schaufeln. Infolge der Spaltbildung werden die Schwingungen nicht mehr wie gewünscht gedämpft. Um die beschriebenen Nachteile durch die Spaltbildung zu vermeiden, stehen die folgenden bekannten Lösungen zur Verfügung.

Xn der EP 1 512 838 A2 ist ein Turbinenrotor beschrieben, bei dem an den Berührungsflächen zwischen den Deckplatten ein Schwingungsdämpfer eingebaut ist. Der Schwingungsdämpfer wird im Betriebszustand durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt und schafft so eine Verbindung zwischen den Deckplatten. Ein vorhandener Spalt wird durch den Schwingungsdämpfer überbrückt, wodurch die Schwingungen gedämpft werden.

Aus der JP 2003097216 Al ist eine Anwendung bekannt, bei der das Schaufelprofil durch die Zentrifugalkraft in Längsrichtung leicht gebogen wird. Durch die Biegung wird an der Deckplatte eine gegenläufige Bewegung erzeugt, die einen vorhandenen Spalt kompensiert und so die Schwingungsdämpfung gewährleistet.

Gemäß der US 4840539 B2 sind die Deckplatten der Turbinenschaufeln V-förmig ausgebildet. Beim Einbau in den Rotor berühren sich die Deckplatten nur einseitig in radialer Richtung. Zur Schwingungsdämpfung wird durch die Verdrehung des Schaufelprofils eine Torsionsspannung erzeugt. Auf der freien Seite der Deckplatte befindet sich eine zusätzliche axiale Kontaktfläche zur Schwingungsdämpfung.

In der US 6568908 B2 ist eine Anwendung beschrieben, bei der die Zentrifugalkraft eine gegenläufige Drehbewegung an der Berührungsfläche der Deckplatte aufgrund der Dehnung am Schaufelprofil erzeugt, die zur Schwingungsdämpfung benutzt wird. Die Berührungsflächen an den Deckplatten sind mit Radien profiliert ausgebildet. Eine ähnliche Anwendung wird auch von einigen Turbinenherstellern in der Praxis angewendet. Hier wird gleichfalls die durch die Zentrifugalkraft erzeugte Verdrehung des Schaufelprofils zur Dämpfung der Schwingungen genutzt. Die Deckplatten sind dabei Z-förmig ausgebildet und berühren sich im Betriebszustand der Turbine nur im mittleren Abschnitt. Beide Anwendungen sind nur bei Schaufeln mit einem konischen und gleichzeitig verwundenen Schaufelprofil anwendbar, da sich nur hier die Deckplatten wie gewünscht durch die Zentrifugalkraft verdrehen. Die vorliegende Erfindung basiert auf einer bekannten Anwendung, die einige Turbinenhersteller bei rhomboidisehen Laufschaufeln mit Deckplatte seit langem benutzen und die auch in der JP 5098906 Al beschrieben ist. Hierbei werden die Außenflächen von Schaufelfuß und Deckplatte mit gleichen Winkeln zur Rotormitte gefertigt. Eine Teilungsfläche an der Deckplatte ist mit einer parallelen Zugabe zur theoretisch richtigen Teilung versehen. Beim Einbau der Schaufeln in den Rotor sollen sich die Deckplatten aufgrund der Teilungszugabe gegenüber dem Schaufelfuß soweit verdrehen, bis sich wieder die theoretisch richtige Teilung ergibt. Die Verdrehung der Deckplatten erfolgt bei deren Einbau in den Rotor durch das Eintreiben der Schaufeln in radialer Richtung. Die Schaufelfüße müssen spaltfrei zueinander montiert werden. Durch die Reibung an den Berührungsflächen zwischen Schaufelfuß und Rotor sollen die Schaufeln ihre vorgesehene radiale Stellung einnehmen und gleichzeitig die Gegenkräfte der Deckplattenverdrehung abgefangen werden. Zusätzlich kommt eine Vorrichtung zum radialen Spreizen der letzten Schaufellücke zum Einbau der Schlossschaufel zum Einsatz. Die Verdrehung der Deckplatte erzeugt im Schaufelprofil eine Torsionsspannung, die durch ihre Federwirkung eine Spaltbildung zwischen den Deckplatten im Betriebszustand der Turbine verhindert und so die gestellte Aufgabe der Schwingungsdämpfung erfüllt.

Das aus der JP 5098906 Al bekannte Verfahren hat folgende Nachteile. Mit der Reibung zwischen Schaufelfuß und Rotor kann die erforderliche radiale Kraft zur Verdrehung der Deckplatten beim Einbau der Schaufeln je nach dem Verhältnis von Profilbreite zu Profillänge bzw. zur Profildicke nicht sicher erzeugt und gehalten werden. Da alle eingebauten Schaufeldeckplatten in die gleiche Richtung gedreht werden müssen, summieren sich die zur Verdrehung erforderlichen Kräfte. Die erste eingebaute Schaufel steht wie gewünscht radial im Rotor. Die nachfolgenden Schaufeln weichen aber, bedingt durch die Teilungszugabe an den Deckplatten und der unzureichenden Verdrehung, zunehmend von der geforderten Radialstellung ab. Durch die Abweichung von der Radialstellung liegen die Schaufeltragschultern nur einseitig in der Rotornut an, und es bildet sich ein zunehmend größer werdender keilförmiger Spalt zwischen den Schaufelfüßen.

Die Krafteinleitung zur Verdrehung der Deckplatten erfolgt ausgehend vom Schaufelfuß über das Schaufelprofil in die Deckplatte. Wegen der langen Kraftübertragung und der unsicheren Größe der tatsächlichen Reibung ist das bekannte Verfahren nicht sicher anzuwenden. Zusätzlich kommt es bei der Kraftübertragung vom Fuß zur Deckplatte zu einer Verbiegung der Schaufelprofile in Längsrichtung. Die Teilungsflächen am Schaufelfuß und an der Deckplatte müssen zum Einbau der Folgeschaufel frei sein. Eine Vorrichtung zum Halten und Abfangen der durch die Verdrehung erzeugten Gegenkräfte kann an diesen Flächen nicht eingesetzt werden.

Die Vorrichtung zur Erzeugung der erforderlichen Deckplattenlücke über der Schlossöffnung zum Einbau der letzten Schaufel muss demnach folgende Forderungen erfüllen: Die letzte eingebaute Schaufel muss an der Deckplatte in die geforderte Radialstellung gedrückt werden, ohne die Stellung der ersten Schaufel zu verändern. Die mit der bekannten Vorrichtung erzeugte Kraft muss, ausgehend von der letzten Schaufel abnehmen bis zur zweiten eingebauten Schaufel, nahtlos radial durch die gesamte Stufe fließen und dabei alle Deckplatten zur Erzeugung der Torsionsspannung verdrehen. Vorhandene Spalte zwischen den Schaufelfüßen müssen kompensiert werden. Die Schaufeln dürfen nicht durch unkontrollierte Krafteinwirkung beschädigt werden. Die Vorrichtung darf den Einbau der Schlossschaufel räumlich nicht behindern. Diese gestellten Forderungen an die bekannte Vorrichtung sind, wenn überhaupt, nur sehr schwer und mit sehr hohen Kosten zu erfüllen. Zusätzlich ist zu beachten, dass durch den Rhomboidwinkel an der Deckplatte radial eingeleitete Kräfte wieder nach wenigen Schaufeln aus der Stufe austreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Rotor so zu gestalten sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe es möglich ist, die Torsionsspannung zur Schwingungsdämpfung der rhomboidisehen Laufschaufeln, bei ihrem Einbau in den Rotor, einfach, mit großer verfahrenstechnischer Sicherheit und unter einem geringen Kostenaufwand herzustellen.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rotor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 7 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist durch folgende Punkte einfach und mit großer verfahrenstechnischer Sicherheit anwendbar. Die Berechnungs- bzw. die Konstruktionsabteilung bestimmt bei der Auslegung des Rotors den Verdrehwinkel der Schaufel und gibt ihn in der Schaufelzeichnung an der Deckplatte an. Die Seiten- oder Planflächen der Deckplatten werden an allen Schaufeln mit dem in der Zeichnung angegebenen Winkel gefertigt.

Die Deckbänder aller Schaufeln werden mit dem in der Zeichnung angegebenen Winkel gefertigt. Dadurch wird jede Schaufel nach ihrem Einbau in den Rotor mit einer vorbestimmten, minimal dosierten axialen Kraft mittels einer Spannvorrichtung verdreht und in dieser Stellung während des gesamten Einbauvorgangs sicher gehalten. Das Verdrehen der Schaufeln kann im Zusammenbau einfach und sicher ausgeführt werden. Die Kraft zur Verdrehung der Deckplatten wird direkt an den Deckplatten formschlüssig erzeugt und auch an den Deckplatten während des Einbaus formschlüssig gesichert. Die Anwendung der Erfindung ist dadurch unabhängig von der erzeugten Reibung zwischen den Berührungsflächen der Schaufel im Rotor.

Nach dem Einbau jeder Schaufel kann ihrer Radialstellung im Rotor geprüft werden. Die Lücke zum Einbau der Schlossschaufel ist sofort vorhanden. Der Einbau der Schlossschaufel wird durch die Spannvorrichtungen räumlich nicht behindert. Durch einfache und kostengünstige Spannvorrichtungen verursacht die Erfindung nur einen geringen Kostenaufwand. Alle zuvor beschriebenen Nachteile des aus der JP 5098906 Al bekannten Verfahrens, insbesondere die Gefahr durch unkontrollierte radiale Krafteinwirkung die Schaufeln bei ihrer Verdrehung zu beschädigen, werden vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht einer Laufschaufei,

Fig. 2 die Seitenansicht von Fig. 1, in Blickrichtung A von Fig.

3,

Fig. 3 die Draufsicht auf Fig. 1, Fig. 4 den axialen Schnitt der im Rotor eingebauten

Laufschaufei, Fig. 5 die Draufsicht auf die Deckplatten dreier im Rotor eingebauter Laufschaufeln vor ihrer Verdrehung, Fig. 6 die Draufsicht auf die Deckplatten dreier im Rotor eingebauter Laufschaufeln nach ihrer Verdrehung, Fig. 7 die Vorderansicht der Spannvorrichtung bei ihrer

Anwendung, Fig. 8 die Seitenansicht der Spannvorrichtung bei ihrer

Anwendung,

Fig. 9 die Draufsicht der Spannvorrichtung bei ihrer Anwendung, Fig. 10 ein Beispiel für die alternative Verwendung eines

Haltedrahtes an Stelle der Spannvorrichtung, Fig. 11 ein Beispiel einer Spannvorrichtung über die gesamte

Deckplattenbreite, Fig. 12 ein Beispiel mit einer Haltenut neben der

Deckplattenbreite, Fig. 13 die Draufsicht auf eine Deckplatte mit der Kontur vor und nach ihrer Verdrehung, Fig. 14 die Wirkungsweise der Teilungsverkleinerung vergrößert dargestellt, Fig. 15 die Dreiecke und Formeln zur Berechnung des

Verdrehwinkels Alpha mit einem konkreten

Berechnungsbeispiel .

Die Laufschaufei einer Turbine besteht aus einem Schaufelfuß 1, der eine konische Form hat und im dargestellten Fall als Doppelhammerkopf mit Tragschultern 1.4 und 1.5, seitlichen Flächen 1.2 und 1.3 und einer Fußgrundfläche 1.1 ausgebildet ist. Auf der Fußplatte der Schaufel beginnt ein Schaufelprofil 2, das sich nach oben verjüngt und zusätzlich eine Verwindung aufweist. An dem oberen Ende des Schaufelprofils 2 schließt sich eine Deckplatte 3 mit einer Expansionsschräge an, die mit der Horizontalen einen Winkel Gamma bildet (Fig. 1) . Der Schaufelfuß 1 und die Deckplatte 3 weisen die geometrische Form eines Rhomboids oder Parallelogramms auf. Die Deckplatte 3 weist zwei Seiten- oder Planflächen 3.2 und 3.3 und zwei Stirn- oder Teilungsflächen 3.4 und 3.5 auf und ist mit einem Dichtungskamm 3.6 versehen. Im Einbauzustand sind die Seiten- oder Planflächen 3.2 und 3.3 in Umfangsrichtung des Rotors 4 und die Stirn- oder Teilungsflächen 3.4 und 3.5 schräg zur Längsachse des Rotors 4 (Rotormitte RM) ausgerichtet.

Die Deckplatte 3 und der Schaufelfuß 1 sind in Fig. 2 mit beidseitig gleicher Konizität ausgeführt, die durch einen Winkel Delta gekennzeichnet ist. Die eine Teilungsfläche 3.4 der Deckplatte 3 liegt mit der geneigten Fußfläche des Schaufelfußes 1 auf einer Ebene. Die zweite Teilungsfläche 3.5 ist mit einer parallelen Teilungszugabe 3.1 von dem Maß tz versehen. Wie in Fig. 3 zu sehen, sind die beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 der Deckplatte 3 sowie die zugehörigen Teilungsflächen am Schaufelfuß 1 mit einem Rhomboidwinkel Beta 1 zur Längsachse RM des Rotors 4 angeordnet. Die Deckplatte 3 weist eine Länge mit einem Maß ts auf. Das Maß ts mit den beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 bezieht sich auf den maximalen Durchmesser an der Deckplatte 3 und ist in Fig. 3 vereinfacht ohne Berücksichtigung der Expansionsschräge dargestellt.

Die Erfindung ist auch auf Schaufeln mit anderen Fußformen anwendbar wie einfacher Hammerkopf, mit einer einseitigen oder ungleichen Konizität sowie ohne Expansionsschräge an der Deckplatte 3 und mit beidseitiger Teilungszugabe 3.1.

Im dargestellten Fall von Fig. 4 sind die Schaufelfüße 1 in einer der Form der Schaufelfüße 1 angepassten, radial umlaufenden Nut des Rotors 4 der Turbine eingesetzt. Die Schaufelfüße 1 liegen dabei mit den konischen Teilungsflächen aneinander und füllen so die Nut aus. Die beiden seitlichen Flächen 1-2 und 1.3 bilden die Fußbreite, mit der die Schaufeln im Rotor 4 geführt werden. Mit der Fußgrundfläche 1.1 und Unterlegbändern 7 wird der Schaufelfuß 1 spielfrei zum Nutgrund 4.1 mit einer leichten Vorspannung an den Tragschultern 1.4 und 1.5 in den Rotor 4 eingebaut. Die Tragschultern 1.4 und 1.5 nehmen die Zentrifugalkräfte auf und leiten diese in den Rotor. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Schaufel so gefertigt, dass diese so in die Nut des Rotors 4 einzusetzen ist, dass die Planflächen 3.2 und 3.3 an der Deckplatte 3 und die Planflächen am Dichtungskamm 3.6 nicht in radialer Ebene RE, sondern abweichend unter einem Verdrehwinkel Alpha zur radialen Ebene RE oder unter einem Winkel von 90° minus Alpha zur Längsachse RM des Rotors 4 weisen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Zum besseren Verständnis ist der Verdrehwinkel Alpha in allen Figuren vergrößert dargestellt.

Nach dem Einsetzen einer Schaufel in die Nut des Rotors 4 wird jede einzelne Schaufel gedreht. Dabei wird gemäß einem Merkmal der Erfindung die erforderliche Kraft Fl und F2 zur Verdrehung direkt an den Deckplatten 3 in axialer Richtung formschlüssig erzeugt. Die eingebrachte Kraft Fl und F2 wird ebenfalls direkt an den Deckplatten 3 formschlüssig gehalten.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist aus Fig. 5 und Fig. 6 zu erkennen. Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf drei Deckplatten 3 vor ihrer Verdrehung. Die Teilungsflächen 3.4 und 3.5 liegen aneinander und stehen aufgrund des Winkels Alpha jeweils mit ihrer stumpfen Winkelseite an der Deckplatte 3 der benachbarten Schaufel über die Planflächen 3.2 und 3.3. Das gleiche gilt für den mittleren Dichtungskamm 3.6. In radialer Ebene RE ergibt sich bei einem Winkel von 90° zur Längsachse RM des Rotors 4 für die Deckplatten 3 eine Gesamtteilung von Tl.

Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf drei Deckplatten 3 nach ihrer Verdrehung. Mit Hilfe der später beschriebenen Spannvorrichtung mit Bügeln 5 und Spannschrauben 6 werden der Dichtungskamm 3.6 und gleichzeitig die Planflächen 3.2 und 3.3 in eine Flucht gebracht. Die Spannvorrichtungen erzeugen dabei eine gegenläufige Verdrehung an allen drei Deckplatten 3. Durch die Verdrehung mittels der Spannvorrichtungen ändert sich der ursprüngliche Rhomboidwinkel Beta 1 der Deckplatte 3 (Fig.5) in einen neuen Rhomboidwinkel Beta 2. Durch die Winkeländerung reduziert sich die Gesamtteilung Tl von Fig. 5 in T2 von Fig. 6.

Die Erfindung ist nicht anwendbar auf Laufschaufeln mit einem Winkel Beta 1 gleich 0°. Die Deckplatte hat hier die Form eines Rechtecks. Die Teilung erreicht den Minimalwert für Maß ts in Fig.^ 3. Bei einer Verdrehung der Deckplatte vergrößert sich das Maß ts. Die im Verfahren gewünschte Verkleinerung der wirksamen Deckplattenteilung in radialer Ebene RE bei ihrer Verdrehung tritt an einem Rechteck nicht ein.

Die Verdrehung der Deckplatten 3 wird, wie in Fig. 4 zu sehen ist, von den in der Nut des Rotors 4 gehaltenen Schaufelfüßen 1 mit der eingepassten Fußbreite zwischen den seitlichen Flächen 1.2 und 1.3 blockiert. Das Schaufelprofil 2 verdreht sich jedoch ausgehend von der Deckplatte 3 abnehmend bis zum Schaufelfuß 1. Die Verdrehung im Schaufelprofil 2 erzeugt eine TorsionsSpannung im elastischen Bereich, die wie in einer Feder gespeichert bleibt. Wenn eine Schaufelreihe nach dem Einbau der Schlossschaufel geschlossen ist und alle Spannvorrichtungen entfernt sind, bilden die Deckplatten 3 in der Schaufelreihe einen geschlossenen Ring, in dem sich die Deckplatten 3 dann gegenseitig blockieren. Aufgrund der Teilungszugabe 3.1 an allen Deckplatten 3 können die Deckplatten 3 sich nicht mehr in ihre Ausgangslage von Fig. 5 zurückdrehen. Die Torsionsspannung bleibt in den Schaufelprofilen 2 gespeichert und kann so die gestellte Aufgabe, auftretende Spalte zwischen den Deckplatten 3. im Betriebszustand der Turbine zu kompensieren, erfüllen.

Aufgrund der Fertigung der Deckplatten 3 mit dem Verdrehwinkel Alpha ergibt sich beim zwanglosen Einbau der Schaufeln in den Rotor 4 vor ihrer Verdrehung an den Stirn- oder Teilungsflächen 3.4. 3.5 der Deckplatte 3 ein Versatz zur benachbarten Deckplatte 3 (Fig. 5) . Die Versatzgröße bestimmt das Maß der Verdrehung der Deckplatten 3 mittels der später beschriebenen Spannvorrichtung im Zusammenbau.

Der Verdrehwinkel Alpha setzt sich aus dem theoretischen Verdrehwinkel zum Teilungsaufmass plus einem Verlustzuschlag zusammen. Der Verlustzuschlag soll die Verluste ausgleichen, die sich aus der Lageänderung am Schaufelfuß 1 beim Einbau in den Rotor 4 durch vorhandenes Spiel in der Führungsbreite, aus dem Wirkungsgrad der Spannvorrichtung, aus der Rückfederung der Schaufeln und aus der Spaltbildung an den Teilungsflächen der Deckplatten beim Schaufeleinbau ergeben. Zusätzlich muss ein Spalt von mindestens 1 mm auf die letzte Deckplattenteilung zum zwanglosen Einbau der Schlossschaufel erzeugt werden. Die Größe des Verlustzuschlages auf den theoretischen Verdrehwinkel zum Teilungsaufmass wird von den konstruktiven Gegebenheiten an der Laufschaufei und am Rotor 4 bestimmt. Er ist ein Erfahrungswert und kann bei der Erstanwendung nur geschätzt werden. Für einen ungehinderten Einbau der Schaufeln ist es zweckmäßig, den Zuschlag größer als erforderlich festzulegen.

In den Fig. 7 bis 9 ist eine einfache Spannvorrichtung zur Verdrehung der Deckplatten 3 dargestellt. Diese Spannvorrichtung besteht aus einem Bügel 5, der mit einer Längsnut 5.1 versehen ist. Einer der Schenkel des Bügels 5 ist mit zwei Innengewinden versehen, die jeweils eine Spannschraube 6 aufnehmen. Der Bügel 5 wird mit der Längsnut 5.1 mit Spiel auf dem Dichtungskamm 3.6 der Deckplatte 3 mittig zu den beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 zweier Deckplatten 3 aufgesetzt. Die beiden Spannschrauben 6 spannen zwei neben einander liegende Schaufeln, und zwar die jeweils in die Nut des Rotors 4 gerade eingesetzte und die zuvor eingesetzte Schaufel. Die Spannschrauben 6 verdrehen die beiden Deckplatten 3 um den Winkel Alpha und bringen den Dichtungskamm 3.6 und die Planflächen 3.2 und 3.3 in eine Flucht. Ist die letzte Schaufel einer Schaufelreihe eingesetzt und gegenüber der benachbarten Schaufel verdreht, werden die Bügel 5 der Spannvorrichtungen entfernt. Die Deckplatte 3 ist bei ihrem Einbau in den Rotor 4 mit einer Bearbeitungszugabe vorbearbeitet. Die Fertigkontur 3.7 wird nach dem Einbau der Schaufeln gedreht.

Je nach der Form und Größe der Deckplatte 3 kann eine ähnliche Spannvorrichtung auch alternativ an dem Steg der Planfläche 3.3 oder über die gesamte Deckplattenbreite platziert werden (Fig. 11) •

Alternativ zu der beschriebenen Spannvorrichtung kann wie in Fig. 10 am Äußendurchmesser der Deckplatte 3 eine Hilfsnut zur Aufnahme für einen Haltedraht 8 eingearbeitet werden. Die Deckplatten 3 werden mit geeignetem Werkzeug, z. B. einer Zange oder Gabel, von Hand in die gewünschte Position gedreht und der Haltedraht 8 in die Nut eingefügt. Der Haltedraht 8 hält dann die Deckplatten 3 bis zur vollständigen Beschaufelung der Stufe in ihrer Position. Danach wird er entfernt und die Deckplatte 3 nach der Fertigkontur 3.7 fertiggedreht. Der Haltedraht 8 kann durchgehend oder stückweise in die Hilfsnut eingebracht werden. Alternativ zum Haltedraht 8 kann auch ein Blechstreifen die gleiche Funktion erfüllen.

Fig. 12 zeigt, wie an einer einfachen Deckplatte 3 ohne Expansionsschräge die Hilfsnut mit dem Haltedraht 8 außerhalb Deckplattenbreite angeordnet werden kann.

In Fig. 13 und 14 ist der theoretische Hintergrund der Erfindung zeichnerisch dargestellt. Fig. 13 zeigt die Draufsicht auf die Deckplatte 3 vor und nach ihrer Verdrehung. Vor der Verdrehung hat die Deckplatte 3 die Stellung der gestrichelten Kontur mit einem Teilungsmaß tl von Punkt A bis A auf der radialen Ebene RE. Nach der Verdrehung mit dem Winkel Alpha nimmt die Deckplatte 3 die Vollkontur ein. Die Teilung t2 liegt jetzt von Punkt C bis C auf der radialen Ebene RE. Die Teilung tl hat sich an beiden Seiten um Maß a verkleinert. Der Rhomboidwinkel Beta 1 vor der Verdrehung hat sich um minus Winkel Alpha in Beta 2 nach der Verdrehung reduziert.

Die Verdrehung der- Deckplatte 3 erfolgt um die Längsachse der Schaufel in dem Punkt DP, der sich im Schwerpunkt des Schaufelprofils 2 befindet. In Fig. 13 liegt der Punkt DP in der Deckplattenmitte, wodurch sich ein symmetrisches Bild ergibt. Liegt der Punkt DP außerhalb der Deckplattenmitte, ist die Reduzierung der Teilung an den beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 ungleich, bleibt aber in der Summe gleich der symmetrischen Ausführung. Die Größe der Teilungsreduzierung ist unabhängig von der Lage des Drehpunktes DP in der Deckplatte 3, diese Größe wird vom Verdrehwinkel Alpha bestimmt. Alle Punkte auf der Deckplatte 3 beschreiben bei ihrer Verdrehung Kreisbögen um den Punkt DP, wie z. B. Dl, D2 und D3. Der Punkt A bewegt sich auf dem Kreisbogen Dl nach Punkt B und liegt dann um Maß c oberhalb der radialen Ebene RE. Die Einzelheit X in Fig. 13 ist in Fig. 14 nochmals vergrößert dargestellt.

Die Fig. 15 zeigt die Draufsicht auf die Deckplatte 3 mit Berechnung von Verdrehwinkel Alpha. Aus der Schaufeleinbauzahl [n] pro Stufe, dem Durchmesser [D max.] und dem Rhomboidwinkel [Beta 1] an der Deckplatte 3 sowie dem gewählten Teilungszuschlag [tz] errechnet sich die senkrechte Teilung [ts] an der Deckplatte 3 nach folgender Formel unter der Bedingung, dass die Schaufelteilung Delta wie in Fig. 2 beidseitig gleich Delta / 2 ist: 360" ts = sm x D max. x cos Beta 1 + tz n x 2

Die in Fig. 15 eingesetzten Parameter haben folgenden Bezug:

tl ist die Deckplattenteilung vor ihrer Verdrehung auf der radialen Ebene RE Beta 1 ist der Rhomboidwinkel zur ■ Rotormitte RM vor der

Verdrehung (z. B.30°) t3 = R ist tl ohne die Teilungszugabe tz (z. B. 0,2 mm) bzw. die Deckplattenteilung nach ihrer Verdrehung zu tz auf der radialen Ebene RE Alpha 1 ist der theoretische Verdrehwinkel zur gewählten

Teilungszugäbe tz (z. B. 0,36°) Beta 3 ist der Rhomboidwinkel zur Rotormitte RM nach der

Verdrehung mit Alpha 1

Z % ist der Verlustzuschlag auf Alpha 1 Alpha ist der gesamte Verdrehwinkel der Deckplatte 3 bestehend aus Alpha 1 und dem gewählten Verlustzuschlag

Z% (z. B. 0,6°) .

Claims

Patentansprüche

1. Rotor für eine Turbine, der zur Aufnahme einer oder mehrerer Reihen von Schaufeln mit einer entsprechenden Anzahl von Nuten versehen ist, die jeweils in einer senkrecht zur Langsachse (RM) des Rotors (4) verlaufenden radialen Ebene (RE) angeordnet sind,

- wobei jede Schaufel aus einem Schaufelfuß (1), einem Schaufelprofil (2) und einer Deckplätte (3) besteht,

- wobei die Schaufelfuße (1) einer Schaufelreihe dicht aneinanderliegend in eine der Nuten des Rotors (4) eingesetzt sind,

- wobei die Deckplatte (3) und der Schaufelfuß (1) die Form eines Rhomboids aufweisen und mit einer durchgehenden Konizität versehen sind,

- wobei die Deckplätten (3) einer Schäufelreihe aneinander anliegend einen geschlossenen Ring bilden

- und in Umfangsfichtung des Rotors (4) um eine Teilungszugabe (3.1) großer sind, als der theoretischen Teilung zur Bildung des geschlossenen Ringes entspricht,

- und wobei die Schaufeln unter TorsionsSpannung stehen, dadurch gekennzeichnet,

- dass die in Umfangsrichfung des Rotors (4) ausgerichteten Seiten des Rhomboids der Deckplätte (3) um einen Winkel von 90° minus einem Verdrehwinkel Alpha zur Längsachse (RM) des Rotors (4) verdreht gefertigt angeordnet sind

- und dass die Deckplatten (3) und die Schaufelprofile (2) jeder Schaufel einer Schäufelreihe zur Erzeugung der Torsionsspannung in dem Schaufelprofil (2) durch eine an den Deckpla€€en (3) angreifende Kiräff um die Längsachse der Schaufel um den Winkel Alpha in eine Stellung von 90° zur Langsachse (RM) des Rotors (4) gedreht angebracht sind.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim zwanglosen Einbau der Laufschaufeln in den Rotor (4) vor ihrer Verdrehung die einander berührenden Stirn- oder Teilungsflächen

(3.4, 3.5) der Deckplatten (3) mit einem Versatz versehen sind.

3. Rotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungszugabe (3.1) an einer Seite der Deckplatte (3) vorgesehen ist.

4. Rotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungszugäbe (3.1) an beiden gegenüberliegenden Seiten der Deckplatte (3) vorgesehen ist.

5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (3) für den Angriff eines Werkzeuges zum Aufbringen der Kraft zum Verdrehen der Schaufel mit einem Bearbeitungszuschlag versehen ist.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungszuschlag eine Hilfsnut zur Aufnahme eines mindestens zwei benachbarte Schaufeln überbrückenden Haltedrahtes (8) oder Haltestreifens angebracht ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine Turbine, der zur Aufnahme einer oder mehrerer Reihen von Schaufein mit einer entsprechenden Anzahl von Nuten versehen ist, die jeweils in einer senkrecht zur Längsachse (RM) des Rotors (4) verlaufenden radialen Ebene (RE) angeordnet sind,

- wobei jede Schaufel aus einem Schaufelfuß (1), einem Schaufelprofil (2) und einer Deckplatte (3) besteht,

- wobei die Schaufelfüße (1) einer Schaufelreihe dicht aneinanderliegend in eine der Nuten des Rotors (4) eingesetzt sind,

- wobei die Deckplatten (3) einer Schaufelreihe aneinander anliegend einen geschlossenen Ring bilden

- und in Umfangsrichtung des Rotors (4) um eine Teilungszugabe (3.1) größer sind, als der theoretischen Teilung zur Bildung des geschlossenen Ringes entspricht,

- dass die Schaufeln mit rhomboidisehen Deckplatten (3) gefertigt werden, deren in Umfangsrichtung des Rotors (4) liegende Rhomboidseiten unter einem Winkel von 90° minus einem Verdrehwinkel Alpha zur Längsachse (RM) des Rotors (4) verdreht eingestellt werden,

- dass die Deckplatte (3) und das Schaufelprofil (2) einer jeden Schaufel nach deren Einsetzen in die Nut gegenüber der zuvor eingesetzten Schaufel durch eine an der Deckplatte (3) dieser und der zuvor eingesetzten Schaufel aufgebrachte und in axialer Richtung wirkende Kraft um die Längsachse der Schaufel um den Winkel Alpha in eine Stellung von 90° zur Längsachse des Rotors (4) gedreht werden und dass die Kraft formschlüssig an den Deckplatten (3) erzeugt wird und bis nach dem Einsetzen der letzten Schaufel einer Schaufelreihe erhalten bleibt.

Vorrichtung zur Herstellung eines Rotors für eine Turbine nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Bügel (5) mit zwei eine Längsnut (5.1) begrenzenden Schenkeln, die die Deckplatten (3) zweier benachbarter Schaufeln mit Spiel mittig übergreifen, wobei einer der Schenkel quer zur Längsnut (5.1) mit zwei Innengewinden versehen ist und jedes Innengewinde eine Spannschraube (6) aufnimmt, die gegen eine der Deckplatten (3) anstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut (5.1) des Bügels (5) einen auf die Deckplatte (3) aufgesetzten Dichtungskamm (3.6) übergreift.