EP1917420A1 - Vorrichtung zur einbausicherung und fixierung eines hitzeschildelementes für eine rotoreinheit einer strömungsmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur einbausicherung und fixierung eines hitzeschildelementes für eine rotoreinheit einer strömungsmaschine

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Publication number
EP1917420A1
EP1917420A1 EP06792936A EP06792936A EP1917420A1 EP 1917420 A1 EP1917420 A1 EP 1917420A1 EP 06792936 A EP06792936 A EP 06792936A EP 06792936 A EP06792936 A EP 06792936A EP 1917420 A1 EP1917420 A1 EP 1917420A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat shield
projection
projections
blade
extension
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Withdrawn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
EP06792936A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias STÄMPFLI
Ingolf Schulz
Ronald Wifling
Michael Seemann
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.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology 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 Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1917420A1 publication Critical patent/EP1917420A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49236—Fluid pump or compressor making
    • Y10T29/49245—Vane type or other rotary, e.g., fan

Definitions

  • the invention relates to a device for installation protection and fixation of connectable to a rotor unit of an axially flow-through flow rotary heat shield element axially adjacent to at least one, provided in a blade row blade along a heat shield row and axially facing the blade, at least two in the circumferential direction spaced, over one of the blade facing side wall portion raised, rib-like projections having a circumferentially extending in the circumferential direction clear space, in which a provided on the blade safety cam can be inserted. Furthermore, a method of manufacturing the device will be described.
  • Axial flow-through flow-rotating machines in particular gas turbine plants for generating electrical energy are interspersed to drive the rotor-side turbine blading exiting from the combustion chamber hot gases, which expose all the hot gas duct enclosing walls and projecting into the hot gas channel components, such as. Guides and blades, an extreme heat load.
  • the rotor blades attached to the rotor blades are provided in a plurality of axially successively arranged blade rows, the each provide an axial distance from each other, through which a gap between two axially adjacent blade rows is formed, protrude into the stator side fixed guide blades.
  • the shrouds which lie radially on the rotor blades, prevent the hot gases flowing through the hot gas duct from contacting the rotor unit.
  • heat shield elements which are arranged as the blades in so-called.
  • the Hitzschild elements have radially inwardly over a foot contour with which they are connected to the rotor unit and have a heat shield as a kind of radially outer shroud, which engages as closely as possible gas-tight manner via corresponding sealing contours with the respective shrouds of the axially immediately adjacent blades.
  • FIG. 2 shows a partial longitudinal section through a rotor unit 1, with the blades 2, 3 of two axially opposite blade rows 2 ', 3' are connected. Axially in between are provided in the circular circumferential direction of the rotor unit 1, a plurality of heat shield elements 4, the respective shroud 5 open axially on both sides opposite corresponding provided in the shrouds 6, 7 of the blades 2, 3 sealing contours.
  • FIG 3 is a highly schematic partial plan view is shown showing the shroud 5 of the heat shield element 4 in the axial direction under which the axially facing the blade side wall portion 8 extends, on which the two circumferentially spaced from each other u rib-like projections 9, 10th are provided.
  • the rectangular cross-section formed fastening cam 11 which is fixed, preferably integrally connected to the blade 2, inserted.
  • the spatial direction marked by the arrow in FIG. 2 indicates the direction of removal -x for the rotor blades 2 arranged in the rotor blade row 2 ', the opposite direction, marked + x, representing the mounting direction with which the individual rotor blades 2 enter the corresponding front Blade row 2 'are inserted along the rotor.
  • a control wire K with a predetermined wire thickness is used in a manner known per se, so that the wire K is adjacent by a suitable intermediate gap between two in the circular circumferential direction arranged heat shield elements 4 can be inserted. Depending on the insertion depth, it has so far been decided whether the assembly process was correct or incorrect.
  • the invention has for its object to provide a device for installation safety and fixation associated with a rotor unit of an axial flow-through turbomachine heat protection element, with a faulty mounting in the sense explained above can be ruled out with certainty.
  • the measures to be taken for this purpose should be technically simple and preferably retrofittable to existing heat protection elements.
  • a device according to the preamble of claim 1 is designed such that at least one rib-like projection on its side facing away from the clear gap has a circumferentially extending in the circumferential direction, connected to the projection and the side wall portion extension extending over the side wall portion to the maximum Height of the projection rises.
  • the extension according to the invention which is arranged at least at one of the two projections, preferably on both projections, facing away from the gap in the circumferential direction at the individual projections, has two advantageous functions, namely on the one hand acting in a circular circumferential direction of mechanical stabilization of the respective projection, so that this can not be deformed by possibly during assembly work but also during operation acting mechanical forces, on the other hand, the extension acts as directed in a circular circumferential direction widening of the respective projection, so that during assembly work missing the limited space between two clearances can be excluded by the bucket side mounted mounting cams.
  • this is the welding technique, with which it is basically possible to form an oriented in circular circumferential direction material accumulation immediately adjacent to at least one rib-like projection.
  • Extension formed in the form of a triangular surface element which is appropriately equipped with the projection by way of the welding process.
  • one side edge of the triangular-shaped surface element with the projection and another side of the surface element are connected to the side wall portion of the heat shield element. Further details may be taken from an embodiment shown in FIG.
  • the extension in the form of a rod-shaped element, which is connected in Stablticianserstreckung with the side wall portion of the heat shield element and the end face with the clearance facing away from the clear side of the respective projection.
  • the projections protrude beyond the extension provided in each case, so that it is always ensured that the protrusions integrally connected to the heat shield element decisively determine the axial distance to the adjacent blade and are not influenced by the subsequent extensions attached by means of the welding process.
  • FIG. 1a and b perspective view of a heat shield element with rib-like projections
  • Fig. 2 partial longitudinal section through a rotor assembly with
  • FIG. 3 partial side view of a heat shield element with shroud and projections according to the prior art
  • Fig. 4 partial image in the radial direction of a heat shield element with rib-like projections.
  • FIG. 1 a shows a perspective view of a heat shield element 4 which has attachment feet in a rotor unit 1 via correspondingly shaped foot contours 12. Radially opposed to the foot contours 12 is a shroud 5, by which the hot gases within the hot runner are prevented from coming into direct contact with the rotor unit 1.
  • the heat shield element 4 has a substantially axially oriented side wall portion 8, from which the rib-like projections 9, 10 rise. Both projections 9, 10 mutually enclose a clear gap 13 into which an unillustrated fastening or safety cam 11 can be inserted axially from the blade.
  • another is rib-shaped projection 14 is provided, which is arranged radially over the clear gap 13.
  • the embodiment shown in Figure 1a provides rod-shaped projections 15, 16, which are respectively attached to the sides of the rib-like projections 9, 10, which are respectively facing away from the gap.
  • the rod-shaped projections 15, 16 have a raised height over the side wall portion 8, which is equal to or preferably smaller than that of the side wall portion 8 raised projections 9, 10.
  • the oriented in the circular circumferential direction u longitudinal extent of the respective extensions 15, 16 is longer dimensioned, as a maximum possible maladjustment of a blade relative to a heat shield element already used on a rotor unit, so that it can be ruled out in any case that a blade side arranged attachment or safety cams laterally adjacent to the projections 9, 10 extensions 15, 16 to come to rest.
  • the extensions 15, 16, which are laterally adjacent to the projections 9, 10, are designed as triangular-shaped surface elements, one side edge of which is respectively facing away from the clear gap side of the projection 9, 10 and the other side edge to the side wall portion. 8 are connected.
  • the connection is preferably made in each case via welded joints.
  • FIG. 4 shows a radial partial view of a heat shield element 4 and shows the elevation of the rib-like projections 9, 10 over the Side wall section 8.
  • Both rib-like projections 9, 10 are inclined relative to the side wall portion 8 and close with the side wall portion 8 an angle ⁇ , which is preferably 75 °.
  • R symbolizes the direction of rotation of the rotor unit.
  • at least the rib-like projection 10 has an additional reinforcement in the form of a triangular-shaped extension 16.
  • the extension 16 is located on the side facing away from the gap 13 of the projection 10 and is firmly welded to both the extension 10 and with the side wall portion 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit (1) einer axial durchströmbaren Strömungsrotationsmaschine verbindbaren Hitzeschildelementes (4), das axial unmittelbar neben wenigstens einer, in einer Laufschaufelreihe (2', 3') vorgesehenen Laufschaufel (2, 3) längs einer Hitzeschildreihe anordenbar ist und axialwärts der Laufschaufel (2) zugewandt, wenigstens zwei in zirkulärer Umfangsrichtung (u) voneinander beabstandete, über einen der Laufschaufel (2) zugewandten Seitenwandabschnitt (8) erhabene, rippenartig ausgebildete Vorsprünge (9, 10) aufweist, die einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) ersteckenden lichten Zwischenraum (13) begrenzen, in den ein an der Laufschaufel (9) vorgesehener Sicherungsnocken (11) einfügbar ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer diesbezüglichen Vorrichtung beschrieben. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein rippenartiger Vorsprung (9, 10) an seiner dem lichten Zwischenraum (13) abgewandten Seite einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) erstreckenden, mit dem Vorsprung (9,10) und dem Seitenwandabschnitt (8) verbundenen Fortsatz (15, 16) vorsieht, der sich über den Seitenwandabschnitt (8) maximal bis zur Rippenhöhe des Vorsprung (9, 10) erhebt.

Description

Vorrichtung zur Einbausicherung und Fixierung eines Hitzeschildelementes für eine
Rotoreinheit einer Strömungsmaschine
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit einer axial durchströmbaren Strömungsrotationsmaschine verbindbaren Hitzeschildelementes, das axial unmittelbar neben wenigstens einer, in einer Laufschaufelreihe vorgesehenen Laufschaufel längs einer Hitzeschildreihe anordenbar ist und axialwärts der Laufschaufel zugewandt, wenigstens zwei in zirkulärer Umfangsrichtung voneinander beabstandete, über einen der Laufschaufel zugewandten Seitenwandabschnitt erhabene, rippenartig ausgebildete Vorsprünge aufweist, die einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung erstreckenden lichten Zwischenraum begrenzen, in den ein an der Laufschaufel vorgesehener Sicherungsnocken einfügbar ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung beschrieben.
Stand der Technik
Axial durchströmbare Strömungsrotationsmaschinen, insbesondere Gasturbinenanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie werden zum Antrieb der rotorseitigen Turbinenbeschaufelung von aus der Brennkammer austretenden Heißgasen durchsetzt, die sämtliche den Heißgaskanal einschließende Wandungen sowie in den Heißgaskanal hineinragende Komponenten, wie bspw. Leit- und Laufschaufeln, einer extremen Hitzebelastung aussetzen. System- und konstruktionsbedingt sind die an der Rotoreinheit befestigten Laufschaufeln in mehreren, axial hintereinander angeordneten Laufschaufelreihen vorgesehen, die jeweils einen axialen Abstand zueinander vorsehen, durch den ein Zwischenraum zwischen zwei axial benachbarten Laufschaufelreihen gebildet wird, in den statorseitig befestigte Leitschaufelblätter hineinragen.
In Bereichen der Rotoreinheit, in denen die Rotoreinheit radial von Laufschaufeln umgeben ist, verhindern die an den Laufschaufeln radial innen liegenden Deckbänder ein Inkontakttreten der den Heißgaskanal durchströmenden Heißgase mit der Rotoreinheit. In den Bereichen zwischen den Laufschaufelreihen befinden sich zum thermischen Schutz der Rotoreinheit sog. Hitzeschildelemente, die gleichsam wie die Laufschaufeln in sog. Hitzeschildreihen angeordnet sind. Die Hitzschildelemente verfügen radial innenliegend über eine Fußkontur mit der sie mit der Rotoreinheit verbunden sind und weisen als Hitzeschild eine Art radial äußeres Deckband auf, das über entsprechende Dichtkonturen mit den jeweiligen Deckbändern der axial unmittelbar benachbarten Laufschaufeln möglichst gasdicht ineinander greift.
Eine derartige, an sich bekannte Anordnung ist der Figur 2 zu entnehmen, die einen Teillängsschnitt durch eine Rotoreinheit 1 zeigt, mit der Laufschaufeln 2, 3 zweier sich axial gegenüberliegender Laufschaufelreihen 2', 3' verbunden sind. Axial dazwischen liegend sind in zirkulärer Umfangsrichtung der Rotoreinheit 1 eine Vielzahl von Hitzeschildelementen 4 vorgesehen, deren jeweiliges Deckband 5 axial beidseitig gegenüberliegend in entsprechende in den Deckbändern 6, 7 der Laufschaufeln 2, 3 vorgesehene Dichtkonturen einmünden.
Um zu verhindern, dass die in zirkulärer Umfangsrichtung angeordneten Hitzeschildelemente 4 gegenüber den Laufschaufeln rotationsbedingt in Umfangsrichtung unkontrolliert zu wandern beginnen, sieht zumindest die in Figur 2 dargestellte Laufschaufel 2 radial innenliegend unterhalb ihres Deckbandes 6 axialwärts in Richtung des Hitzeschildelementes 4 einen abstehenden, sog. rechteckförmig ausgebildeten Befestigungsnocken 11 vor, der bei entsprechender Positionierung sowohl in axialer sowie auch in zirkulärer Umfangsrichtung gegenüber dem Hitzeschildelement 4 in einen lichten Zwischenraum 13 einfügbar ist, der von zwei rippenartig ausgebildeten Vorsprüngen 9, 10 begrenzt wird, die sich über einen, der Laufschaufel 2 zugewandten Seitenwandabschnitt 8 des Hitzeschildelementes 4 erheben. In Figur 3 ist stark schematisiert eine Teildraufsichtdarstellung gezeigt, die in axialer Blickrichtung das Deckband 5 des Hitzeschildelementes 4 zeigt, unter dem sich der axial der Laufschaufel zugewandte Seitenwandabschnitt 8 erstreckt, an dem die beiden in zirkulärer Umfangsrichtung u voneinander beabstandeten rippenartig ausgebildeten Vorsprünge 9, 10 vorgesehen sind. Innerhalb des durch beide Vorsprünge 9, 10 in Umfangsrichtung u begrenzten lichten Zwischenraumes 13 ist in der gemäß Figur 3 gezeigten Darstellung der im Querschnitt rechteckförmig ausgebildete Befestigungsnocken 11 , der fest, vorzugsweise einstückig mit der Laufschaufel 2 verbunden ist, eingefügt.
Für den Fall, dass der in Figur 3 dargestellte Fügezustand zwischen dem Befestigungsnocken 11 der Laufschaufel 2 und den Vorsprüngen 9, 10 des Hitzeschildelementes 4 erfüllt ist, ist gewährleistet, dass sämtliche innerhalb der Hitzeschildreihe vorgesehenen Hitzeschildelemente 4 rotationsfest relativ zu den Laufschaufeln längs der Laufschaufelreihe 2' angeordnet sind. Kommt es jedoch im Rahmen einer fehlerhaften Montage zu einer in Umfangsrichtung u gesehenen Depositionierung zwischen der jeweiligen Laufschaufel 2 und dem der Laufschaufel 2 axial jeweils gegenüberliegenden Hitzeschildelement 4, so tritt der Fall ein, dass der Befestigungsnocken 11 seitens der Laufschaufel 2 nicht im Bereich des lichten Zwischenraumes 13 zwischen beiden rippenartig ausgebildeten Vorsprüngen 9, 10 positioniert wird, sondern vielmehr in den in Umfangsrichtung u angrenzenden Bereichen, in denen jedoch keinerlei Sicherung gegen rotationsbedingte Verdrehung zwischen den Hitzeschildelementen 4 und den jeweiligen Laufschaufeln 2 gewährleistet ist.
Die in Figur 2 mit dem Pfeil markierte Raumrichtung gibt die Ausbaurichtung -x für die in der Laufschaufelreihe 2' angeordneten Laufschaufeln 2 an, wobei die entgegengesetzte Richtung, gekennzeichnet mit +x, die Montagerichtung darstellt, mit der die einzelnen Laufschaufeln 2 in die entsprechende vordere Laufschaufelreihe 2' längs des Rotors eingeschoben werden. Zur Abschlusskontrolle, nachdem sämtliche Laufschaufeln in die Laufschaufelreihe 2' axialwärts eingeschoben worden sind, dient in an sich bekannter Weise ein Kontrolldraht K mit einer vorgegebenen Drahtdicke, so dass der Draht K durch einen geeigneten Zwischenspalt zwischen zwei in zirkulärer Umfangsrichtung benachbart angeordneten Hitzeschildelementen 4 eingeschoben werden kann. Je nach Einschubtiefe wird bislang entschieden, ob der Montagevorgang korrekt oder unkorrekt erfolgt ist. Es zeigt sich jedoch, dass selbst bei einer nicht fluchtenden Montage der vorstehenden, an den jeweiligen Laufschaufeln vorgesehenen Befestigungsnocken und den seitens der Hitzeschutzschildelemente angebrachten Vorsprüngen eine entsprechende positive Abschlusskontrolle mittels des Kontrolldrahtes erzielt werden kann. Dies gilt es, mit Sicherheit auszuschließen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit einer axial durchströmten Strömungsmaschine verbundenen Hitzeschutzelementes anzugeben, mit der eine Fehlmontage im vorstehend erläuterten Sinne mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Die hierzu zu treffenden Maßnahmen sollen technisch einfach sein und vorzugsweise bei bereits bestehenden Hitzeschutzelementen nachrüstbar sein.
Ferner gilt es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die vorstehend erwähnte Vorrichtung herstellbar ist.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 9 ist ein diesbezügliches Herstellungsverfahren. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele im einzelnen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart ausgebildet, dass wenigstens ein rippenartiger Vorsprung an seiner dem lichten Zwischenraum abgewandten Seite einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung erstreckenden, mit dem Vorsprung und dem Seitenwandabschnitt verbundenen Fortsatz aufweist, der sich über den Seitenwandabschnitt maximal bis zur Höhe des Vorsprunges erhebt. Der erfindungsgemäße Fortsatz, der wenigstens an einem der beiden Vorsprünge, vorzugsweise an beiden Vorsprüngen, entsprechend vom Zwischenraum abgewandt in zirkulärer Umfangsrichtung an den einzelnen Vorsprüngen angeordnet ist, verfügt über zwei vorteilhafte Funktionen, nämlich einerseits eine in zirkulärer Umfangsrichtung wirkende mechanische Stabilisierung des jeweiligen Vorsprunges, so dass dieser durch möglicherweise während der Montagearbeiten aber auch während des Betriebes einwirkende mechanische Kräfte nicht deformiert werden kann, zum anderen wirkt der Fortsatz als eine in zirkulärer Umfangsrichtung gerichtete Verbreiterung des jeweiligen Vorsprunges, so dass bei Montagearbeiten ein Verfehlen des von beiden Vorsprüngen begrenzten lichten Zwischenraumes durch den laufschaufelseitig angebrachten Befestigungsnocken ausgeschlossen werden kann. Sollte die Laufschaufel beim axialen Einführen auf die Rotoreinheit in zirkulärer Umfangsrichtung gegenüber dem Hitzeschildelement dejustiert sein, so stößt der Befestigungsnocken der Laufschaufel stirnseitig an dem jeweiligen Fortsatz, der unmittelbar neben dem Vorsprung seitens des Hitzeschildelementes angrenzt, an. Eine vollständige axiale Annäherung zwischen Laufschaufel und Hitzeschildelement ist in diesem Fall nicht möglich, wodurch eine Fehlmontage ausgeschlossen werden kann.
Da die in aller Regel rippenförmig ausgebildeten Vorsprünge des Hitzeschildelementes bereits im Wege des Gießverfahrens zur Herstellung des Hitzeschildelementes erzeugt werden und somit einen integralen Bestandteil des Hitzeschildelements darstellen, bestehen grundsätzlich zwei Alternativen zur Erzeugung der erfindungsgemässen Fortsätze. Entweder werden sie bereits im Rahmen des Gießverfahrens erzeugt, dies bedarf einer Modifikation des Gießwerkzeugs, oder das als Gussteil hergestellte Hitzeschildelement wird in einem Nacharbeitsgang entsprechend modifiziert, um einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fortsatz an einen rippenartig ausgebildeten Vorsprung anzubringen. Dies eröffnet auch die Möglichkeit einer Nachrüstung bereits bestehender Hitzeschildelemente.
In besonders vorteilhafter Weise eignet sich hierfür die Schweißtechnik, mit der es grundsätzlich möglich ist, eine in zirkulärer Umfangsrichtung orientierte Materialanhäufung unmittelbar angrenzend an wenigstens einen rippenartig ausgebildeten Vorsprung auszubilden. In einer vorteilhaften Ausbildungsform ist der Fortsatz in Form eines dreieckförmigen Flächenelementes ausgebildet, der in geeigneter Weise mit dem Vorsprung im Wege des Schweißverfahrens verfügt wird. Hierbei werden eine Seitenkante des dreieckförmig ausgebildeten Flächenelementes mit dem Vorsprung und eine andere Seite des Flächenelementes mit dem Seitenwandabschnitt des Hitzeschildelements verbunden. Weitere Einzelheiten können einem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entnommen werden.
Ebenso ist es jedoch auch möglich, den Fortsatz in Form eines stabförmigen Elementes auszubilden, der in Stablängserstreckung mit dem Seitenwandabschnitt des Hitzeschildelementes und dessen Stirnseite mit der dem lichten Zwischenraum abgewandten Seite des jeweiligen Vorsprunges verbunden ist. In allen Fällen der Ausbildung des Fortsatzes gilt es, die Überhöhung des Fortsatzes relativ zum Seitenwandabschnitt des Hitzeschildelementes nicht größer als die des jeweiligen Vorsprunges selbst zu wählen. In vorteilhafter Weise überragen die Vorsprünge den jeweils vorgesehenen Fortsatz, so dass stets gewährleistet ist, dass die mit dem Hitzeschildelement einstückig verbundenen Vorsprünge maßgeblich den axialen Abstand zur benachbarten Laufschaufel bestimmen und nicht durch die nachträglichen, im Wege des Schweißverfahrens angebrachten Fortsätze beeinflusst wird.
Grundsätzlich wäre es denkbar, den wenigstens einen in zirkulärer Umfangsrichtung an den jeweiligen Vorsprung angrenzenden Fortsatz durch entsprechendes Gussformdesign bereits während des Gießprozesses des Hitzeschildelementes selbst herzustellen, eine Variante, auf die sich in gleicher Weise der Schutzbereich des Anspruches 1 erstrecken soll, doch erlaubt eine Nachbearbeitung von bereits gefertigten Hitzeschildelementen bzw. bereits im Einsatz befindlichen Hitzeschildelementen im lösungsgemäßen Sinne im Wege eines nachträglichen Schweißverfahrens die Modifikation von Hitzeschildelementen, ohne dabei das Design des Gießwerkzeugs zu ändern.
So ermöglicht das in Anspruch 9 beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit einer axial durchströmbaren Strömungsmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 die Nachbearbeitung eines bereits bestehenden Hitzeschildelementes derart, dass an wenigstens einem rippenartigen Vorsprung an seiner dem lichten Zwischenraum abgewandten Seite eine sich in zirkulärer Umfangsrichtung erstreckende, mit dem Vorsprung und dem Seitenwandabschnitt verbundener Materialaufbau vorgesehen wird, der vorzugsweise im Wege eines Schweißverfahrens erfolgt. Weitere Einzelheiten hierzu können den unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a und b perspektivische Darstellung eines Hitzeschildelementes mit rippenartig ausgebildeten Vorsprüngen, Fig. 2 Teillängsschnittdarstellung durch eine Rotoranordnung mit
Laufschaufeln und dazwischen liegendem Hitzeschildelement gemäß Stand der Technik, Fig. 3 Teilseitendarstellung eines Hitzeschildelementes mit Deckband und Vorsprüngen gemäß Stand der Technik und Fig. 4 Teilbilddarstellung in Radialrichtung eines Hitzeschildelementes mit rippenartig ausgebildeten Vorsprüngen.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In Figur 1a ist in perspektivischer Darstellung ein Hitzeschildelement 4 dargestellt, das zur Befestigung in einer Rotoreinheit 1 über entsprechend ausgeformte Fußkonturen 12 verfügt. Radial den Fußkonturen 12 gegenüberliegend ist ein Deckband 5 angeordnet, durch das die Heißgase innerhalb des Heißkanals daran gehindert werden, in direkten Kontakt mit der Rotoreinheit 1 zu treten. Das Hitzeschildelement 4 weist einen im wesentlichen axialwärts orientierten Seitenwandabschnitt 8 auf, von dem sich die rippenartigen Vorsprünge 9, 10 erheben. Beide Vorsprünge 9, 10 schließen gegenseitig einen lichten Zwischenraum 13 ein, in den axialwärts ein nicht dargestellter Befestigungs- bzw. Sicherungsnocken 11 seitens der Laufschaufel eingeführt werden kann. Zusätzlich ist ein weiterer rippenartig ausgebildeter Vorsprung 14 vorgesehen, der radial über dem lichten Zwischenraum 13 angeordnet ist.
Zur Vermeidung einer Fehlmontage zwischen Hitzeschildelement 4 und Laufschaufel 2, 3 sieht die in Figur 1a dargestellte Ausführungsform stabförmig ausgebildete Fortsätze 15, 16 vor, die jeweils an den Seiten der rippenartig ausgebildeten Vorsprünge 9, 10 angebracht sind, die dem Zwischenraum jeweils abgewandt sind. Die stabförmig ausgebildeten Fortsätze 15, 16 weisen eine über den Seitenwandabschnitt 8 erhabene Höhe auf, die gleich oder vorzugsweise kleiner ist jener der über den Seitenwandabschnitt 8 erhabenen Vorsprünge 9, 10. Die in zirkulärer Umfangsrichtung u orientierte Längserstreckung der jeweiligen Fortsätze 15, 16 ist länger bemessen, als eine maximal mögliche Dejustierung einer Laufschaufel relativ zu einem bereits auf einer Rotoreinheit eingesetzten Hitzeschildelement, so dass auf alle Fälle ausgeschlossen werden kann, dass ein laufschaufelseitig angeordneter Befestigungs- oder Sicherungsnocken seitlich neben den an den Vorsprüngen 9, 10 angrenzenden Fortsätzen 15, 16 zu liegen kommt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 b sind die seitlich an die Vorsprünge 9, 10 angrenzenden Fortsätze 15, 16 als dreieckförmig ausgebildete Flächenelemente ausgebildet, deren eine Seitenkante jeweils mit der dem lichten Zwischenraum abgewandten Seite des Vorsprunges 9, 10 und deren andere Seitenkante mit dem Seitenwandabschnitt 8 verbunden sind. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise jeweils über Schweißverbindungen.
Selbstverständlich ist es möglich, in Abkehr zu den in Figur 1a und b gezeigten Ausführungsbeispielen, jeweils nur einen Vorsprung 9 oder 10 mit einem entsprechenden Fortsatz vorzusehen.
Hinsichtlich der Figurenbeschreibung der Figuren 2 und 3 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen, in der auf die bereits bekannten Anordnungen Bezug genommen worden ist.
Figur 4 stellt eine Radialteilansicht auf ein Hitzeschildelement 4 dar und zeigt die Überhöhung der rippenartig ausgebildeten Vorsprünge 9, 10 über den Seitenwandabschnitt 8. Beide rippenartig ausgebildeten Vorsprünge 9, 10 sind gegenüber dem Seitenwandabschnitt 8 schräg gestellt und schließen mit dem Seitenwandabschnitt 8 einen Winkel α ein, der vorzugsweise 75° beträgt. R symbolisiert die Rotationsrichtung der Rotoreinheit. Zur mechanischen Verstärkung, aber insbesondere zum Schutz gegen eine falsche Montage, weist zumindest der rippenartige Vorsprung 10 eine zusätzliche Verstärkung in Form eines dreieckförmig ausgebildeten Fortsatzes 16 auf. Der Fortsatz 16 befindet sich auf der dem Zwischenraum 13 abgewandten Seite des Vorsprunges 10 und ist sowohl mit dem Fortsatz 10 als auch mit dem Seitenwandabschnitt 8 fest verschweißt.
Im einfachsten Fall ist es auch denkbar, anstelle eines Flächenelementes den unmittelbar an einen Vorsprung in Umfangsrichtung angrenzenden Bereich mittels Schweißmaterialablagerungen anzufüllen, um eine gezielte Materialanhäufung zu Zwecken der mechanischen Verstärkung sowie einer lateralen Verbreiterung der Vorsprünge 9, 10 zu erreichen.
Bezugszeichenliste
Rotoreinheit , 3, Laufschaufel ', 3' Laufschaufelreihe
Hitzeschildelement
Deckband des Hitzeschildelements 4 , 7 Deckbänder der Laufschaufeln 2, 3
Seitenwandabschnitt , 10 Rippenartig ausgebildete Vorsprünge 1 Befestigungsnocken, Sicherungsnocken 2 Fußkontur, Befestigungskontur 3 lichter Zwischenraum 4 Weiterer Vorsprung 5, 16 Fortsatz

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit (1 ) einer axial durchströmten Strömungsrotationsmaschine verbundenen Hitzeschildelementes (4), das axial unmittelbar neben wenigstens einer, in einer Laufschaufelreihe (2', 3') vorgesehenen Laufschaufel (2, 3) längs einer Hitzeschildreihe angeordnet ist und axialwärts der Laufschaufel (2, 3) zugewandt, wenigstens zwei in zirkulärer Umfangsrichtung (u) voneinander beabstandete, über einen der Laufschaufel (2, 3) zugewandten Seitenwandabschnitt (8) erhabene, rippenartig ausgebildete Vorsprünge (9, 10) aufweist, die einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) erstreckenden lichten Zwischenraum (13) begrenzen, in den ein an der Laufschaufel (2, 3) vorgesehener Sicherungsnocken (11 ) einfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Vorsprünge (9, 10) an seiner dem lichten Zwischenraum (13) abgewandten Seite einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) erstreckenden, mit dem wenigstens einen Vorsprung (9, 10) und dem Seitenwandabschnitt (8) verbundenen Fortsatz (15, 16) aufweist, der sich über den Seitenwandabschnitt (8) maximal bis zur Höhe des wenigstens einen Vorsprungs (9, 10) erhebt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (9, 10) im Wege eines Gießverfahrens einstückig mit dem Hitzeschildelement (4) hergestellt sind, und dass der wenigstens eine Fortsatz (15, 16) mittels Fügetechnik an den wenigstens einen Vorsprung (9, 10) sowie an den Seitenwandabschnitt (8) angefügt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fortsatz (15, 16) mittels eines Schweißverfahrens an das Hitzeschildelement (4) angefügt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fortsatz (15, 16) das gleiche Material aufweist, aus dem das Hitzeschildelement (4) besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fortsatz (15, 16) die Form eines dreieckförmigen Flächenelementes besitzt, dessen eine Seitenkante mit der dem lichten Zwischenraum (13) abgewandten Seite des Vorsprungs (9, 10) und eine andere Seitenkante mit dem Seitenwandabschnitt (8) des Hitzeschildelements (4) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fortsatz (15, 16) die Form eines stabförmigen Elementes aufweist, dass der Fortsatz (15, 16) in Stablängserstreckung mit dem Seitenwandabschnitt (8) verbunden ist, und dass der Fortsatz (15, 16) stirnseitig mit der dem lichten Zwischenraum (13) abgewandten Seite des Vorsprunges (9, 10) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbart zueinander angeordneten, rippenartig ausgebildeten Vorsprünge (9, 10), jeweils zwei parallel zueinander orientierte Begrenzungsflanken aufweisen, und dass die Begrenzungsflanken mit dem Seitenwandabschnitt (8) einen Winkel α ≠ 90° einschließen, vorzugsweise α « 75°.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an beide Vorsprünge (9, 10), jeweils dem lichten Zwischenraum (13) abgewandt, sich in entgegengesetzte zirkuläre Umfangsrichtung (u) erstreckende Fortsätze (15, 16) anschließen.
9. Verfahren Herstellung einer Einbausicherung und Fixierung eines mit einer Rotoreinheit (1 ) einer axial durchströmten Strömungsrotationsmaschine verbundenen Hitzeschildelementes (4), das axial unmittelbar neben wenigstens einer, in einer Laufschaufelreihe (2', 3') vorgesehenen Laufschaufel (2, 3) längs einer Hitzeschildreihe angeordnet ist und axialwärts der Laufschaufel (2, 3) zugewandt, wenigstens zwei in zirkulärer Umfangsrichtung (u) voneinander beabstandete, über einen der Laufschaufel (2, 3) zugewandten Seitenwandabschnitt (8) erhabene, rippenartig ausgebildete Vorsprünge (9, 10) aufweist, die einen sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) erstreckenden lichten Zwischenraum (13) begrenzen, in den ein an der Laufschaufel (2, 3) vorgesehener Sicherungsnocken (11 ) einfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem der rippenartigen Vorsprünge (9, 10) an dessen dem lichten Zwischenraum (13) abgewandten Seite ein sich in zirkulärer Umfangsrichtung (u) erstreckender, mit dem Vorsprung (9, 10) und dem Seitenwandabschnitt (8) verbundener Materialaufbau durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialaufbau im Wege eines Schweißverfahrens durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialaufbau in Form eines flächigen oder stabförmigen Elementes (15, 16) an die dem lichten Zwischenraum (13) abgewandte Seite des rippenartigen Vorsprunges (9, 10) angeschweißt wird.
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