EP1910647B1 - Verfahren zum Montieren eines Sicherungselements an einem Turbomaschinenrotor - Google Patents
Verfahren zum Montieren eines Sicherungselements an einem Turbomaschinenrotor Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a method for mounting a securing element on a turbomachine rotor, in particular on a gas turbine rotor.
- Rotors of a turbomachine such as gas turbine rotors
- the blades can either be an integral part of the rotor body or be anchored via blade roots in one or more grooves of the rotor body.
- Rotors with integral blading are referred to as blisk or bling, depending on whether a disk-shaped or an annular rotor body is present.
- blisk or bling depending on whether a disk-shaped or an annular rotor body is present.
- rotors in which the blades are anchored via blade roots in a groove a distinction is made between rotors in which the blade roots of the blades are mounted either in so-called axial grooves of the rotor body or in a so-called circumferential groove thereof.
- the present invention relates to a rotor of a turbomachine, in particular a gas turbine rotor, in which the blades are fastened via their blade roots in grooves which run at least predominantly in the axial direction of the rotor body, ie in axial grooves.
- the locking elements are in turn secured in position in the annular grooves via at least one securing element or a locking plate, wherein the or each securing element is inflected into the annular grooves of the rotor body and the rotor blades in a free space between two adjacent locking elements.
- the document EP 0 609 979 A1 relates to a balanced rotor for a gas turbine engine.
- balancing elements weight-adapted locking or securing elements are used.
- FIG. 3 of this document securing elements (Item 29), which have a curved central portion. After snapping into the associated grooves, the elements are preferably formed flat by hammering and thereby radially elongated.
- the document EP 0 761 930 A1 discloses locking and securing elements (Pos. 27), which have a central portion defined by a recess. It is stated that the last to be mounted securing elements are bent, positioned and then formed flat with a tool. See the Figures 3 and 6 of the document.
- Locking elements are known which are not deformed, but are secured for example by means of additional spring wires.
- the present invention is based on the problem to provide a novel method for mounting a securing element on a turbomachine rotor. This problem is solved by a method according to claim 1.
- the securing element is bent back after being bent or snapped in using a stamp-like tool such that the stamp-like tool is pressed against the center section of the securing element defined by a recess and overbends the middle section in a defined manner.
- the stamp-like tool is pressed exclusively in the central portion at a distance from both end portions of the securing element, wherein the central portion is plastically deformed in areas on which edge portions of the tool rest.
- FIG. 1 to 3 a known from the prior art gas turbine rotor with at least predominantly extending in the axial direction of grooves - so-called axial grooves - guided blade feet of blades are described.
- Fig. 1 and 2 show sections of a known from the prior art gas turbine rotor 10 having a rotor body 11 and a plurality of blades 12.
- Each of the rotor blades 12 has an airfoil 13 and a blade root 14.
- a plurality of axial grooves 15 extending in the axial direction are introduced into the rotor base body 11, each rotor blade 12 being anchored with its blade root 14 in such an axial groove 15 in the rotor base body 11.
- locking elements 16 and securing elements 17 are also referred to as Locking Plates, the locking elements 16 as Retaining Plates.
- the blades 12 carry portions of an outer shroud 18, wherein the blades 12 are connected together in the region of the outer shroud 18 via a so-called Z-toothing.
- the locking elements 16 and the securing elements 17 are guided in the assembled state of the gas turbine rotor 10 in annular grooves, namely in an annular groove 19 of the rotor base body 11 and in an annular groove 20 of the rotor blades 12th
- Fig. 1 In order to introduce the locking elements 16 in the annular grooves 19 and 20 of the rotor body 11 and blade 12 are, as in particular Fig. 1 can be removed, some blades 12 tilted in the direction of the arrows 21 in the circumferential direction, so that positioned therebetween blades 12 are moved in the direction of the arrows 22 in the axial direction can.
- the blades displaced in the axial direction thus interrupt the annular groove 20 thereof or release the annular groove 20 in such a manner that the locking elements 16 can be inserted or threaded into the annular grooves 19 and 20. After threading the locking elements 16 are at selected circumferential positions (see Fig.
- FIG. 4 an inventive securing element 23 for securing the position of the rotor blades 12 in the axial grooves 15 of the rotor base body 11 is shown prior to its installation.
- the securing element 23 according to the invention has a plate-shaped base body 24, wherein the base body 24 has an approximately central recess 25.
- the recess 25 is formed between two end portions 26 and 27 of the base body 24 and defines a central portion 28 thereof.
- the securing element 23 according to the invention has mutually parallel bearing surfaces 29 and 30.
- the two end sections 26 and 27 have aligned contact surfaces 29 and 20 prior to assembly.
- the central portion 28 is not arched prior to assembly.
- Such a securing element 23 according to the invention can be used analogously in the case of assembly Fig. 3a to 3b between annular grooves 19 and 20 of rotor base body 11 and blades 12 are bent under elastic and plastic deformation of the securing element 23, wherein after the bending of the securing element 23 the same in Fig. 5 shown position or shape occupies.
- the bearing surfaces 29 and 30 are curved, as well as the central portion 28th
- Fig. 6 shows a punch-like tool 33 pressed onto the central portion 28 of the securing element 23, wherein the central portion 28 and the punch-like tool 33 are dimensioned such that the punch-like tool 33 exclusively in the central portion 28 at a distance from the end portions 26 and 27 of the securing element 23 at the same takes effect.
- the punch-like tool 33 With the help of the punch-like tool 33, the fuse element 23 bent back so that the securing element 23 is bent over in the central portion 28, so that after removing the punch-like tool 33, the securing element 23 in Fig. 7 shown position occupies.
- the securing element 23 is doing in the central portion 28 in areas 34 and 35, at which edge portions of the punch-like tool 33 are effective to form the in Fig. 7 shown overbending section 31 plastically deformed.
- the bearing surfaces 29 and 30 of the end portions 26 and 27 are parallel again to each other, so that the same cursing again after bending back.
- the bearing surfaces 29 and 30 of the end portions 26 and 27 take after the bending back of the securing element 23 therefore again in Fig. 4 shown position.
- the middle section 23 remains after removal of the punch-like tool 33, the already mentioned, curved overbend section 31st
- Fig. 4 to 8 can be removed, has the securing element 23 according to the invention in the region of the end portion 27 via a projection 36.
- This projection 36 is how Fig. 8 can be removed, threaded in the assembly of the fuse element according to the invention in the annular groove 19 of the rotor body 11.
- the projection 36 is dimensioned such that a center of gravity 37 of the securing element 23 according to the invention is offset relative to a radial abutment 38 of the end portion 26 in the annular groove of the blade root 12 such that in operation acting on the securing element 23 centrifugal forces the projection 36 against a sealing surface 32nd Press in the region of the annular groove 19 of the rotor body 11. This results in an optimized sealing effect for the securing element 23 according to the invention.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein verfahren zum Montieren eines Sicherungselements an einem Turbomaschinenrotor, insbesondere an einem Gasturbinenrotor.
- Rotoren einer Turbomaschine, wie zum Beispiel Gasturbinenrotoren, verfügen über einen Rotorgrundkörper sowie über mehrere mit dem Rotorgrundkörper rotierende Laufschaufeln. Die Laufschaufeln können entweder integraler Bestandteil des Rotorgrundkörpers sein oder über Schaufelfüße in einer oder mehreren Nuten des Rotorgrundkörpers verankert sein. Rotoren mit integraler Beschaufelung bezeichnet man als Blisk oder Bling, abhängig davon, ob ein scheibenförmiger oder ein ringförmiger Rotorgrundkörper vorliegt. Bei Rotoren, bei welchen die Laufschaufeln über Schaufelfüße in einer Nut verankert sind, unterscheidet man zwischen Rotoren, bei welchen die Schaufelfüße der Laufschaufeln entweder in sogenannten Axialnuten des Rotorgrundkörpers oder in einer sogenannten Umfangsnut desselben befestigt sind. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor einer Turbomaschine, insbesondere einen Gasturbinenrotor, bei welchem die Laufschaufeln über ihre Schaufelfüße in Nuten, die zumindest vorwiegend in Axialrichtung des Rotorgrundkörpers verlaufen, also in Axialnuten, befestigt sind.
- Bei Gasturbinenrotoren, bei welchen die Laufschaufeln über ihre Schaufelfüße in solchen Axialnuten des Rotorgrundkörpers verankert sind, kommen zur Axialsicherung der Laufschaufeln plattenartige Elemente zum Einsatz, nämlich Sicherungselemente, die auch als Locking Plates bezeichnet werden, und Riegelelemente, die auch als Retaining Plates bezeichnet werden. Bei der Montage eines solchen Gasturbinenrotors werden die Riegelelemente bzw. die Retaining Plates in Ringnuten des Rotorgrundkörpers sowie der Laufschaufeln eingefädelt, wobei hierzu zumindest eine der Laufschaufeln in Axialrichtung verschoben wird, um das Einfädeln der Riegelelemente in die Ringnuten zu ermöglichen. Die Riegelelemente werden ihrerseits in ihrer Position in den Ringnuten über mindestens ein Sicherungselement bzw. eine Locking Plate gesichert, wobei das oder jedes Sicherungselement in die Ringnuten von Rotorgrundkörper sowie der Laufschaufeln in einen Freiraum zwischen zwei benachbarten Riegelelementen eingebogen wird.
- Bei vielen aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungselementen besteht das Problem, dass dieselben nach dem Montieren in die Ringnuten zurückfedern und dann nicht definiert am Rotorgrundkörper anliegen. Hierdurch wird die Funktion der Sicherungselemente beeinträchtigt.
- Das Dokument
EP 0 609 979 A1 betrifft einen ausgewuchteten Rotor für ein Gasturbinentriebwerk. Als Wuchtelemente werden gewichtsmäßig angepasste Riegel- bzw. Sicherungselemente verwendet. InFigur 3 dieses Dokuments sind Sicherungselemente (Pos. 29) dargestellt, welche einen gekrümmten Mittelabschnitt aufweisen. Nach dem Einschnappen in die zugehörigen Nuten werden die Elemente vorzugsweise durch Hämmern flach geformt und dadurch radial gelängt. - Das Dokument
EP 0 761 930 A1 offenbart Riegel- und Sicherungselemente (Pos. 27), die einen von einer Ausnehmung definierten Mittelabschnitt aufweisen. Es ist angegeben, dass die zuletzt zu montierenden Sicherungselemente gebogen, positioniert und dann mit einem Werkzeug flach geformt werden. Siehe dieFiguren 3 und6 des Dokuments. - Aus dem Dokument
GB-A-2 016 092 - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Montieren eines Sicherungselements an einem Turbomaschinenrotor zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
- Bei diesem Verfahren wird das Sicherungselement nach dem Einbiegen bzw. Einschnappen unter Verwendung eines stempelartigen Werkzeugs derart zurückgebogen, dass das stempelartige Werkzeug gegen den von einer Ausnehmung definierten Mittelabschnitt des Sicherungselements gedrückt wird und den Mittelabschnitt definiert überbiegt. Erfindungsgemäß wird das stempelartige Werkzeug ausschließlich im Mittelabschnitt mit Abstand von beiden Endabschnitten auf das Sicherungselement gedrückt, wobei der Mittelabschnitt in Bereichen, auf welchen Randabschnitte des Werkzeugs aufliegen, plastisch verformt wird.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gewährleistet, dass das Sicherungselement nach dem Montieren in die Ringnuten von Rotorgrundkörper und Laufschaufeln mit Auflageflächen, die an den Endabschnitten des Grundkörpers des sicherungselements ausgebildet sind, flächig bzw. eben am Rotorgrundkörper anliegt. Hierdurch ist die volle Funktionalität der Sicherungselemente gewährleistet.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- Fig. 1:
- einen Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor nach dem Stand der Technik in perspektivischer Seitenansicht,
- Fig. 2:
- einen weiteren Ausschnitt aus einem Gasturbinenrotor nach dem Stand der Technik in Vorderansicht;
- Fig. 3a-3b:
- Ansichten zur Verdeutlichung der aus dem Stand der Technik bekannten Montage von Sicherungselementen bei einem Gasturbi- nenrotor gemäß
Fig. 1 und 2 ; - Fig. 4:
- ein erfindungsgemäßes Sicherungselemente in Seitenansicht;
- Fig. 5:
- das erfindungsgemäße Sicherungselement in einer Zwischenstel- lung beim Montieren, nämlich nach dem Einbiegen desselben in Ringnuten von Rotorgrundkörper und Laufschaufeln;
- Fig. 6:
- das erfindungsgemäße Sicherungselement in einer weiteren Zwi- schenstellung beim Montieren zusammen mit einem Werkzeug;
- Fig. 7:
- das erfindungsgemäße Sicherungselement in montierter Positi- on; und
- Fig. 8:
- das erfindungsgemäße Sicherungselement ebenfalls in montier- ter Position.
- Bevor nachfolgend unter Bezugnahme auf
Fig. 4 bis 8 die hier vorliegende Erfindung in größerem Detail beschrieben werden, soll vorab unter Bezugnahme aufFig. 1 bis 3 ein aus dem Stand der Technik bekannter Gasturbinenrotor mit in zumindest vorwiegend in Axialrichtung verlaufenden Nuten - sogenannten Axialnuten - geführten Schaufelfüßen von Laufschaufeln beschrieben werden. -
Fig. 1 und 2 zeigen Ausschnitte eines aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbinenrotors 10, der einen Rotorgrundkörper 11 sowie mehrere Laufschaufeln 12 aufweist. Jede der Laufschaufeln 12 verfügt über ein Schaufelblatt 13 sowie einen Schaufelfuß 14. In den Rotorgrundkörper 11 sind mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Axialnute 15 eingebracht, wobei jede Laufschaufel 12 mit ihrem Schaufelfuß 14 in einer solchen Axialnut 15 im Rotorgrundkörper 11 verankert ist. Zur Axialfixierung bzw. Axialsicherung der in die Axialnute 15 eingeführten Laufschaufeln 12 dienen Riegelelemente 16 und Sicherungselemente 17. Die Sicherungselemente 17 werden auch als Locking Plates bezeichnet, die Riegelelemente 16 als Retaining Plates. Radial außen tragen die Laufschaufeln 12 Abschnitte eines Außendeckbands 18, wobei die Laufschaufeln 12 im Bereich des Außendeckbands 18 über eine sogenannte Z-Verzahnung miteinander verbunden sind. - Die Riegelelemente 16 sowie die Sicherungselemente 17 sind in montiertem Zustand des Gasturbinenrotors 10 in Ringnuten geführt, nämlich in einer Ringnut 19 des Rotorgrundkörpers 11 sowie in einer Ringnut 20 der Laufschaufeln 12.
- Um die Riegelelemente 16 in die Ringnuten 19 und 20 von Rotorgrundkörper 11 sowie Laufschaufel 12 einführen zu können, werden, wie insbesondere
Fig. 1 entnommen werden kann, einige Laufschaufeln 12 in Richtung der Pfeile 21 in Umfangsrichtung gekippt, so dass dazwischen positionierte Laufschaufeln 12 im Sinne der Pfeile 22 in Axialrichtung verschoben werden können. Die in Axialrichtung verschobenen Laufschaufeln unterbrechen so die Ringnut 20 derselben bzw. geben die Ringnut 20 derart frei, dass die Riegelelemente 16 in die Ringnuten 19 und 20 eingeschoben bzw. eingefädelt werden können. Nach dem Einfädeln der Riegelelemente 16 werden an ausgewählten Umfangspositionen (sieheFig. 2 ) in einen Freiraum zwischen benachbarten bzw. in Umfangsrichtung beabstandeten Riegelelementen 16 in die Ringnuten 19 und 20 gemäßFig. 3a und 3b Sicherungselemente 17 eingebogen, wobei die eingebogenen Sicherungselemente 17 nach dem Einbiegen so weit wie möglich zurückgebogen und dabei so weit wie möglich geglättet werden. Dabei besteht nach dem Stand der Technik das Problem, dass die Sicherungselemente 17 nicht eben am Rotorgrundkörper 11 bzw. den Schaufelfüßen 14 anliegen. Zur Vermeidung dieser Problematik wird mit der hier vorliegenden Erfindung ein neuartiges Sicherungselement vorgeschlagen. - In
Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Sicherungselement 23 zur Positionssicherung der Laufschaufeln 12 in den Axialnuten 15 des Rotorgrundkörpers 11 vor der Montage desselben gezeigt. Das erfindungsgemäße Sicherungselement 23 verfügt über einen plattenförmigen Grundkörper 24, wobei der Grundkörper 24 eine in etwa mittige Ausnehmung 25 aufweist. Die Ausnehmung 25 ist zwischen zwei Endabschnitten 26 und 27 des Grundkörpers 24 ausgebildet und begrenzt einen Mittelabschnitt 28 desselben. Im Bereich der beiden Endabschnitte 26 und 27 verfügt das erfindungsgemäße Sicherungselement 23 über parallel zueinander verlaufende Auflageflächen 29 und 30. Die beiden Endabschnitte 26 und 27 weisen vor der Montage fluchtende Auflageflächen 29 und 20 auf. Der Mittelabschnitt 28 ist vor der Montage ungewölbt. - Ein derartiges erfindungsgemäßes Sicherungselement 23 kann im Montagefall analog zu
Fig. 3a bis 3b zwischen Ringnuten 19 und 20 von Rotorgrundkörper 11 sowie Laufschaufeln 12 unter elastischer und plastischer Verformung des Sicherungselements 23 eingebogen werden, wobei nach dem Einbiegen des Sicherungselements 23 dasselbe die inFig. 5 gezeigte Position bzw. Gestalt einnimmt. Die Auflageflächen 29 und 30 sind gewölbt, ebenso wie der Mittelabschnitt 28. - Zur weiteren Montage des erfindungsgemäßen Sicherungselements 23 wird, wie
Fig. 6 zeigt, ein stempelartiges Werkzeug 33 auf den Mittelabschnitt 28 des Sicherungselements 23 gedrückt, wobei der Mittelabschnitt 28 sowie das stempelartige Werkzeug 33 derart bemessen sind, dass das stempelartige Werkzeug 33 ausschließlich im Mittelabschnitt 28 mit Abstand von den Endabschnitten 26 und 27 des Sicherungselements 23 an demselben wirksam wird. Mit Hilfe des stempelartigen Werkzeugs 33 wird das Sicherungselement 23 derart zurückgebogen, dass das Sicherungselement 23 im Mittelabschnitt 28 überbogen wird, so dass nach dem Entfernen des stempelartigen Werkzeugs 33 das Sicherungselement 23 die inFig. 7 gezeigte Position einnimmt. Das Sicherungselement 23 wird dabei im Mittelabschnitt 28 in Bereichen 34 und 35, an welchen Randabschnitte des stempelartigen Werkzeugs 33 wirksam werden, unter Ausbildung des inFig. 7 gezeigten Überbiegeabschnitts 31 plastisch verformt. Nach dem Entfernen des Werkzeugs 33 und damit nach dem Zurückbiegen des in die Ringnuten 19 und 20 des Rotorgrundkörpers 11 sowie die der Laufschaufeln 12 eingebogenen bzw. eingeschnappten Sicherungselements 23 verlaufen die Auflageflächen 29 und 30 der Endabschnitte 26 und 27 wieder parallel zueinander, so dass dieselben nach dem Zurückbiegen wieder fluchten. Die Auflageflächen 29 und 30 der Endabschnitte 26 und 27 nehmen nach dem Zurückbiegen des Sicherungselements 23 demnach wieder die inFig. 4 gezeigte Position ein. Im Mittelabschnitt 23 hingegen verbleibt nach dem Entfernen des stempelartigen Werkzeugs 33 der bereits erwähnte, gewölbte Überbiegeabschnitt 31. - Wie
Fig. 4 bis 8 entnommen werden kann, verfügt das erfindungsgemäße Sicherungselement 23 im Bereich des Endabschnitts 27 über einen Vorsprung 36. Dieser Vorsprung 36 wird, wieFig. 8 entnommen werden kann, bei der Montage des erfindungsgemäßen Sicherungselements in die Ringnut 19 des Rotorgrundkörpers 11 eingefädelt. Der Vorsprung 36 ist dabei derart dimensioniert, dass ein Schwerpunkt 37 des erfindungsgemäßen Sicherungselements 23 gegenüber einer radialen Anlage 38 des Endabschnitts 26 in der Ringnut des Schaufelfußes 12 derart versetzt ist, dass im Betrieb auf das Sicherungselement 23 wirkende Zentrifugalkräfte den Vorsprung 36 gegen eine Dichtfläche 32 im Bereich der Ringnut 19 des Rotorgrundkörpers 11 drücken. Hierdurch ergibt sich eine optimierte Dichtwirkung für das erfindungsgemäße Sicherungselement 23.
Claims (1)
- Verfahren zum Montieren eines Sicherungselements (23) mit einem von einer Ausnehmung (25) definierten Mittelabschnitt (28) und mit Endabschnitten (26, 27) an einem Turbomaschinenrotor, zur Positionssicherung von Laufschaufeln in zumindest vorwiegend in Axialrichtung verlaufenden Nuten eines Rotorgrundkörpers des Turbomaschinenrotors, wobei das Sicherungselement (23) durch plastisches und elastisches Verformen mit Endabschnitten (26, 27) in Ringnuten (19, 20) des Rotorgrundkörpers (11) und der Laufschaufeln (12) zwischen zwei in Umfangrichtung beabstandeten Riegelelementen (16) eingebogen bzw. eingeschnappt wird, wobei das Sicherungselement (23) anschließend durch Zurückbiegen möglichst gerade gerichtet wird und wobei das Sicherungselement (23) nach dem Einbiegen bzw. Einschnappen unter Verwendung eines stempelartigen Werkzeugs (33) derart zurückgebogen wird, dass das stempelartige Werkzeug (33) gegen den von einer Ausnehmung (25) definierten Mittelabschnitt (28) des Sicherungselements (23) gedrückt wird und dabei den Mittelabschnitt (28) definiert überbiegt, so dass nach Entfernen des stempelartigen Werkzeugs (33) die Endabschnitte (26, 27) des Sicherungselements (23) in den Ringnuten (19, 20) definiert zur Anlage kommen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das stempelartige Werkzeug (33) ausschließlich im Mittelabschnitt (28) mit Abstand von beiden Endabschnitten (26, 27) auf das Sicherungselement (23) gedrückt wird, wobei der Mittelabschnitt (28) in Bereichen (34, 35), auf welchen Randabschnitte des Werkzeugs (33) aufliegen, plastisch verformt wird.
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