EP2022944A1 - Schaufelbefestigung in einer Umfangsnut mittels aushärtbarer Keramikmasse - Google Patents

Schaufelbefestigung in einer Umfangsnut mittels aushärtbarer Keramikmasse Download PDF

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EP2022944A1
EP2022944A1 EP07014817A EP07014817A EP2022944A1 EP 2022944 A1 EP2022944 A1 EP 2022944A1 EP 07014817 A EP07014817 A EP 07014817A EP 07014817 A EP07014817 A EP 07014817A EP 2022944 A1 EP2022944 A1 EP 2022944A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
cavity
blade root
arrangement according
base body
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Withdrawn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
EP07014817A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Geist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP07014817A priority Critical patent/EP2022944A1/de
Publication of EP2022944A1 publication Critical patent/EP2022944A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3023—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses
    • F01D5/303—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of radial insertion type, e.g. in individual recesses in a circumferential slot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3053—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by means of pins
    • 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
    • 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
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/21—Oxide ceramics

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with at least one blade of a turbomachine and a base body, wherein the blade comprises an airfoil and a blade root, wherein the blade is secured by means of the blade root on the base body in a recess.
  • turbomachines such as steam turbines, gas turbines or compressors
  • blades attached to a rotor or housing inner wall that form a blade stage in a respective composite.
  • the blades or composites attached to the rotor are referred to as blade stages due to their rotation, and the stator blades attached to the housing. Due to the regularly very high rotational speeds of the rotor, the blades are subject to a higher mechanical load as a result of centrifugal force.
  • the centrifugal force acting on a single blade can reach an order of magnitude corresponding to a weight of 500 t.
  • the individual grooves or recesses for the individual blade are generally grooves with open end walls, in which the blade are inserted with its foot and secured by mechanical fasteners against a substantially axial mispositioning.
  • the receiving groove or receiving recess running in the circumferential direction, there is a problem in that the regularly provided positive locking in the radial direction precludes radial insertion of the blade root into the rotor or the housing. For this reason, at least the rotor is provided at a circumferential position of the circumferential groove with a so-called Einfühllötechnisch into which each individual blade is inserted radially and is displaced in the circumferential direction to its end position.
  • the individual blade roots are introduced and displaced on the open end side of the circumferential groove in the region of the parting line in the circumferential direction.
  • a filling opening is provided in a case without horizontal parting line, which interrupts the circumferential groove.
  • the invention has the object, a To provide arrangement of the type mentioned, which allows a simplified attachment with high reliability.
  • an arrangement of the type mentioned is proposed for solution in which at least one lateral boundary surface of the blade root together with a second boundary surface of the recess forms a cavity, which cavity is filled by means of a thermosetting ceramic material or a hardening ceramic adhesive.
  • the blade with its blade root can also be inserted radially into the recess for receiving and undergoes its radial fixation by means of the ceramic adhesive introduced into the resulting cavity or the ceramic mass.
  • This input ceramic substance cures and also radially fixes the blade to the base body.
  • the cured ceramic substance or the ceramic material or the ceramic adhesive meets all the requirements that regularly occur during operation of a turbo set, in particular, it effortlessly endures particularly high and possibly also very low temperatures.
  • Another advantage is that the input ceramic substance fits precisely into the shape of the cavity and ultimately forms a clearance-free fitting in the cavity. In this way follows the introduction of force as a result of centrifugal forces on the resulting cured ceramic element particularly evenly and distributed over the entire contact surface or boundary surface so that it does not lead to voltage spikes that could lead to failure of the component.
  • the resulting ceramic fitting regularly has a particularly high compressive strength, as it is expedient for such a fitted mold element.
  • Another outstanding advantage is that the lateral first and second boundary surfaces do not require particularly precise production, since the ceramic material or the hardening ceramic adhesive adapt to the predetermined shape as a result of their initially liquid state without play. This attachment method requires no special skills and is flexibly executable almost without any mechanical equipment in any place quickly.
  • the ceramic composition is a substance which consists largely of inorganic, fine-grained raw materials and hardens to a hard, durable element.
  • the ceramic composition also includes the use of metal oxides and fiber reinforced ceramics. It is also conceivable to use silicon-containing organic polymers (polycarbosilanes) as starting material.
  • the ceramic composition may be a two- or more-component casting compound, which may be curing at room temperature. Such compositions have a high temperature resistance of up to 1000 ° C in the cured state.
  • the invention is applicable to an arrangement of a plurality of juxtaposed blades in a blade assembly, wherein the blades have an airfoil and a blade root and into a body in a recess which forms a in a substantially symmetrical to a circumferential direction of a machine axis groove, are used.
  • the blades of the blade assembly are in this case held by means of their blade roots form-fitting radially on the base body, wherein the groove has at least one single opening into which the Blades are insertable and are displaceable in the circumferential direction in an end position, wherein in the circumferential position of the filling opening a closing blade with a blade root and an airfoil is arranged, wherein at least one lateral boundary surface of the closing blade foot together with a second lateral boundary surface of the groove forms a hollow space, which cavity is filled by means of a hardening ceramic material or a hardening ceramic adhesive.
  • This arrangement has advantages which correspond to those of the aforementioned arrangement. All subsequent explanations concerning further developments of the attachment of a blade or of a blade root are correspondingly, in the spirit of the invention, also advantageously applicable to a closing blade or a closing blade root.
  • the blade root has at least one protruding into the cavity or in the cavity on one side of the airfoil limiting lateral first projection.
  • This embodiment provides a particularly robust positive locking, the radial disengagement of the blade, especially under the effect of centrifugal force, reliably prevented.
  • the base body has at least one lateral second projection which projects into the cavity or which delimits the hollow space on the side of the blade. The combination of the first projection with the second projection completes the force flow of the positive connection between the blade over the blade root over the hardened ceramic substance into the base body.
  • the blade root forms with the main body two similar cavities filled with ceramic material or ceramic adhesive.
  • These cavities may be in the case of the blade assembly expedient in the circumferential direction on two opposite lateral boundary walls of a provided in the body groove for receiving the blade roots. In either case, moment loading is prevented or minimized when the cavities are on two opposite sides of the blade root.
  • At least one filling channel should be provided which leads either to the cavity through the main body or through the blade and blade root.
  • the filling should be in the interest of complete filling of the cavity with prior or synchronous venting of the cavity.
  • a separate vent channel lead to the cavity or the filling channel can simultaneously serve the vent, in which in particular a separate filling line through the filling channel leads into the cavity and the vent next to the filling line through the filling channel.
  • the filling channel extends through both the blade root and the blade, so that a particularly comfortable accessibility is given.
  • the corresponding fitting is inserted in a cavity formed by the respective blade and the body by lateral boundary walls in the circumferential direction, until all blades are inserted over the circumference including a closing blade, the closing blade in the absence of a possibility of inserting a fitting without fitting is inserted into the circumferential groove and the corresponding cavity or the corresponding cavities for the fittings are filled by means of a hardening ceramic material or a hardening ceramic adhesive.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show a sectional view of an arrangement 1 according to the invention, comprising a blade 2 and a base body 3.
  • the blades 2 shown each consist of an airfoil 4 and a blade root 5, wherein the embodiments of the blade 2 shown always also have a cover plate 6 mounted on the other side of the blade root 5 on the blade 4, which in a blade assembly 7, as in FIG. 6 shown, in the juxtaposition of the blades 2, form a shroud 8.
  • the invention is also applicable to blades 2 without cover plate 6.
  • the blade assembly 7 forms in a extending over an entire circumference of a machine axis 9 arrangement a blade stage, as it is not shown here in full.
  • the main body 3 may be either a housing 10 or a rotor shaft 11.
  • FIG. 1 shows that the blade root 5 with a first lateral boundary surface 15 together with a second boundary surface 16 of the base body 3 includes a cavity 17 in a recess 18, in which the blade root 5 is inserted.
  • This cavity 17 is filled by means of a ceramic material or a ceramic adhesive 19 which hardens.
  • the filling takes place through a filling channel 20, wherein the filling channel 20 in FIG. 1 extending through the airfoil 4 and the blade root 5 into the cavity 17.
  • the arrangement with the cavity 17 is formed symmetrically with respect to a plane 21 extending through a blade longitudinal axis 21, so that two cavities 17, on each side of the blade root 5 one, are provided.
  • FIG. 1 still insight through the body 3 extending venting channel 22 are provided for venting the cavities 17.
  • the venting takes place through the filling channel 20th
  • the cavities 17 are bounded on the other side of the blade 4 by a lateral first projection 31 of the blade root 5. This side of the airfoil 4, the cavities 17 are each bounded by a second projection 32 of the base body 3.
  • the cavities 17 each have a substantially cylindrical shape with a curvature corresponding to a circumferential direction 33, the cylindrical shape having a circular cross-section 34.
  • FIG. 6 and the FIGS. 3, 4 and 5 put the Figures 1 and 2 Possibilities for the formation of a closing blade 40 of the respective blade assembly 7.
  • the blade assembly 7 extending in the circumferential direction 33 for example a blade stage or a guide blade stage, requires, due to the positive radial fastening by means of fitting pieces 44, in cavities 17 between second boundary surfaces 16 of the recess 18. which is formed in the form of a groove 45 and first boundary surfaces 15 are used, the provision of a arranged in a certain circumferential position the filling opening 41 into which a closing blade root 42 of the closing blade 40 is inserted. This is the case in particular because the fitting pieces 44 are inserted into the cavities 17 in the circumferential direction 33.
  • the closing blade 40 of the arrangement, according to the FIGS. 3 to 6 According to the invention in the Figures 1 and 2 shown manner attached to the base body 3.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) mit mindestens einer Schaufel (2) einer Turbomaschine und einem Grundkörper (3), wobei die Schaufel (2) mit einem Schaufelfuß (5) in einer Ausnehmung (18) eines Grundkörpers (3) befestigt ist. Herkömmliche Anordnungen (1) dieser Art erfordern insbesondere bei Schaufelverbänden (7), die sich in einer Umfangsrichtung (33) erstrecken, eine aufwendige Fixierung einer Schlussschaufel (40) im Bereich einer Einfüllöffnung (41), insbesondere, wenn der Grundkörper (3) eine Rotorwelle (11) ist. Die Erfindung schafft die Abhilfe, indem Schaufeln (2), insbesondere die Schlussschaufel (40) eines Schaufelverbundes (7) mit einer ersten Begrenzungsfläche (15) des Schaufelfußes (5) gemeinsam mit einer zweiten Begrenzungsfläche (16) der Ausnehmung (18) einen Hohlraum bilden, der derart mit einer aushärtenden Keramikmasse (19) oder eines aushärtenden Keramikklebers (19) befüllt wird, dass ein radialer Formschluss der Schaufel (2) an dem Grundkörper (3) entsteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens einer Schaufel einer Turbomaschine und einem Grundkörper, wobei die Schaufel ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuß umfasst,
    wobei die Schaufel mittels des Schaufelfußes an dem Grundkörper in einer Ausnehmung befestigt ist.
  • Viele Turbomaschinen, beispielsweise Dampfturbinen, Gasturbinen oder Verdichter, weisen an einem Rotor oder an einer Gehäuseinnenwand befestigte Schaufeln auf, die in einem jeweiligen Verbund eine Schaufelstufe bilden. Die an dem Rotor befestigten Schaufeln bzw. Verbünde werden hierbei aufgrund ihrer Rotation als Laufschaufelstufen bezeichnet und die an dem Gehäuse befestigten als Leitschaufelstufen. Aufgrund der regelmäßig sehr hohen Drehzahlen des Rotors unterliegen die Laufschaufeln in Folge der Fliehkraft einer höheren mechanischen Belastung. Je nach Schaufelgröße, Abstand des Schaufelschwerpunkts zur Drehachse und Rotationsgeschwindigkeit kann die Fliehkraft, die an einer einzelnen Schaufel wirkt, eine Größenordnung erreichen, die einer Gewichtskraft von 500t entspricht. Diese gewaltigen Kräfte müssen durch eine geeignete Befestigung der Schaufel an dem Rotor abgefangen werden. Hierzu wurden unter anderem sog. Hammerkopffüße und Tannenbaumfüße und diesen Formen ähnliche Übergangsformen entwickelt. Zur Befestigung werden Schaufeln üblicher Weise mit ihrem speziell geformten Fuß in eine entsprechend passgenau gefertigte Nut in den Rotor eingeschoben. Diese Nuten können in einen Wellenabsatz individuell für jede Schaufel einzeln gerade oder gekrümmt in ihrer Längserstreckung eingearbeitet sein oder auch sich in Umfangsrichtung des Rotors erstreckend als eine gemeinsame Nut für eine gesamte Laufstufenbeschaufelung ausgebildet sein. In jedem Fall besteht die Notwendigkeit, die jeweilige Schaufel bzw. den Schaufelfuß in der Endposition zu fixieren.
  • Bei den individuellen Nuten oder Ausnehmungen für die Einzelschaufel handelt es sich in der Regel um Nuten mit offenen Stirnwänden, in die die Schaufel mit ihrem Fuß eingeschoben werden und mittels mechanischer Befestigungselemente gegen eine im Wesentlichen axiale Fehlpositionierung gesichert werden. Bei der in Umfangsrichtung verlaufenden Aufnahmenut bzw. Aufnahmeausnehmung besteht ein Problem darin, dass der regelmäßig vorgesehne Formschluss in radialer Richtung ein radiales Einsetzen des Schaufelfußes in den Rotor oder das Gehäuse ausschließt. Aus diesem Grund ist zumindest der Rotor an einer Umfangsposition der umlaufenden Nut mit einer sog. Einfühllöffnung versehen, in die jede einzelne Schaufel radial eingeführt wird und in Umfangsrichtung in ihre Endposition verschoben wird.
  • Bei einem Gehäuse mit einer Teilfuge werden die einzelnen Schaufelfüße an der offenen Stirnseite der umlaufenden Nut im Bereich der Teilfuge in Umfangsrichtung eingeführt und verschoben. Bei einem Gehäuse ohne horizontale Teilfuge, welche die umlaufende Nut unterbricht, ist ebenfalls eine Einfüllöffnung vorzusehen.
  • Am Rotor ist es eine besondere Herausforderung, die in der Position der Einfüllöffnung endpositioniert befindliche Laufschaufel gegen ein radiales Ausrücken zu sichern. Hierzu werden sog. Schaufelschlösser eingesetzt, die unterschiedlich ausgebildet sein können, jedoch aufgrund der hohen Belastung stets sehr aufwendig und äußerst passgenau gefertigt werden müssen. Die hierzu erforderlichen Anpassarbeiten sind regelmäßig höchst zeitaufwendig und erfordern besondere Spezialkenntnisse basierend auf umfassender Erfahrung. Da einschlägige Turbomaschinen nicht stets an Orten angeordnet sind, wo eine maschinelle Fertigungsausrüstung höchsten Standards entspricht, ist es insbesondere im Rahmen von Reparatur und Wartungsarbeiten eine riskante Herausforderung, insbesondere die Sicherung der Schlussschaufel im Bereich der Einfüllöffnung vorzunehmen. Sollte sich insbesondere von dem Rotor eine Laufschaufel lösen, sind katastrophale Folgen nahezu unausweichlich, da in Folge der entstehenden Unwucht und des Zerstörungspotentials der gelösten Schaufel ein Berstschaden des Rotors nicht immer ausgeschlossen werden kann. Die Einzelteile eines geborstenen Rotors zerschlagen mühelos dicke Betonwände.
  • Ausgehend von den Problemen und Nachteilen der Lösungen des Standes der Technik zur Fixierung von Schaufeln in einem Grundkörper, insbesondere zur Fixierung von Laufschaufeln an einem Rotor und insbesondere zur Befestigung einer Schlussschaufel im Bereiche einer Einfüllöffnung eines Rotors hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine vereinfachte Befestigung mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird zur Lösung eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei welcher mindestens eine seitliche erste Begrenzungsfläche des Schaufelfußes gemeinsam mit einer zweiten Begrenzungsfläche der Ausnehmung einen Hohlraum bildet, welcher Hohlraum mittels einer aushärtenden Keramikmasse oder eines aushärtenden Keramikklebers gefüllt ist. Auf diese Weise kann die Schaufel mit ihrem Schaufelfuß auch radial in die Ausnehmung zur Aufnahme eingeführt werden und erfährt ihre radiale Fixierung mittels des in den entstehenden Hohlraum eingegebenen Keramikklebers bzw. der Keramikmasse. Diese eingegebene Keramiksubstanz härtet aus und fixiert die Schaufel an dem Grundkörper auch radial. Die ausgehärtete Keramiksubstanz bzw. die Keramikmasse oder der Keramikkleber erfüllt sämtliche Anforderungen, die bei einem Betrieb eines Turbosatz regelmäßig auftreten, insbesondere erträgt sie mühelos besonders hohe und ggf. auch besonders tiefe Temperaturen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die eingegebene Keramiksubstanz sich in die Form des Hohlraums präzise einpasst und schließlich ein spielfreies Formstück in dem Hohlraum bildet. Auf diese Weise folgt die Krafteinleitung in Folge von Fliehkräften auf das sich ergebende ausgehärtete Keramikelement besonders gleichmäßig und über die gesamte Anlagefläche bzw. Begrenzungsfläche verteilt, so dass es nicht zu Spannungsspitzen, die zum Versagen des Bauteils führen könnten, kommt. Daneben verfügt das sich ergebende Keramikpassstück regelmäßig über eine besonders hohe Druckfestigkeit, wie es für ein derartig eingepasstes Formelement zweckmäßig ist. Ein weiterer überragender Vorteil besteht darin, dass die seitlichen ersten und zweiten Begrenzungsflächen keiner besonders präzisen Fertigung bedürfen, da sich die Keramikmasse bzw. der aushärtende Keramikkleber der vorgegebenen Form in Folge ihres zunächst flüssigen Zustandes spielfrei anpassen. Diese Befestigungsmethode bedarf keiner besonderen Fertigkeiten und ist flexibel nahezu ohne jegliche maschinelle Ausrüstung an jedem Ort zügig ausführbar.
  • Bei der Keramikmasse handelt es sich um eine Substanz, welche weitgehend aus anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen besteht und zu einem harten, dauerhaften Element aushärtet. Die Keramikmasse schließt auch die Verwendung von Metalloxiden und faserverstärkte Keramik ein. Es ist auch die Verwendung siliciumhaltiger organischer Polymere (Polycarbosilane) als Ausgangsstoff denkbar. Bei der Keramikmasse kann es sich um eine zwei- oder mehr-komponentige Gießmasse handeln, die schon bei Raumtemperatur aushärtend sein kann. Derartige Massen haben im ausgehärteten Zustand eine Dauertemperaturbeständigkeit von bis zu 1000°C.
  • Besonders vorteilhaft ist die Erfindung anwendbar bei einer Anordnung mehrerer nebeneinander positionierter Schaufeln in einem Schaufelverbund, wobei die Schaufeln ein Schaufelblatt und einen Schaufelfuß aufweisen und in einen Grundkörper in einer Ausnehmung, die eine in einer zu einer Umfangsrichtung einer Maschinenachse im Wesentlichen symmetrisch verlaufende Nut bildet, eingesetzt sind. Die Schaufeln des Schaufelverbundes sind hierbei mittels ihrer Schaufelfüße formschlüssig an dem Grundkörper radial gehalten, wobei die Nut mindestens eine einzelne Öffnung aufweist, in die die Schaufeln einführbar und in Umfangsrichtung in eine Endposition verschieblich sind, wobei in der Umfangsposition der Einfüllöffnung eine Schlussschaufel mit einem Schaufelfuß und einem Schaufelblatt angeordnet ist, wobei mindestens eine seitliche erste Begrenzungsfläche des Schlussschaufelfußes gemeinsam mit einer zweiten seitlichen Begrenzungsfläche der Nut einen Holraum bildet, welcher Hohlraum mittels einer aushärtenden Keramikmasse oder eines aushärtenden Keramikklebers gefüllt ist. Diese Anordnung hat Vorteile, welche denjenigen der vorgenannten Anordnung entsprechen. Sämtliche nachfolgenden Ausführungen betreffend Weiterbildungen der Befestigung einer Schaufel bzw. eines Schaufelfußes sind entsprechend, im Geiste der Erfindung, auch auf eine Schlussschaufel bzw. einen Schlussschaufelfuß vorteilhaft anwendbar.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass der Schaufelfuß mindestens einen in den Hohlraum hineinragenden oder in den Hohlraum einseitig des Schaufelblattes begrenzenden seitlichen ersten Vorsprung aufweist. Diese Ausbildungsform sorgt für einen besonders robusten Formschluss, der radiales Ausrücken der Schaufel, insbesondere unter Wirkung der Fliehkraft, zuverlässig verhindert. Mit den gleichen Vorteilen ist es sinnvoll, wenn der Grundkörper mindestens einen in den Hohlraum hineinragenden oder den Hohlraum diesseitig des Schaufelblattes begrenzenden seitlichen zweiten Vorsprung aufweist. Die Kombination aus dem ersten Vorsprung mit dem zweiten Vorsprung vervollständigt den Kraftfluss des Formschlusses zwischen der Schaufel über dem Schaufelfuß über die ausgehärtete Keramiksubstanz in den Grundkörper hinein.
  • Damit es nicht zu dem Spannungsverlauf negativ beeinflussenden Momentbelastungen in dem Schaufelfuß bzw. der gesamten Schaufel und dem Grundkörper kommt, ist eine symmetrische Ausbildung der Schaufelbefestigung und somit der Einbringung der Keramiksubstanz in entsprechend symmetrisch angeordnete Hohlräume von besonderem Vorteil. Im speziellen ist es daher zweckmäßig, wenn der Schaufelfuß mit dem Grundkörper zwei gleichartige mit Keramikmasse oder Keramikkleber gefüllte Hohlräume bildet. Diese Hohlräume können sich im Fall des Schaufelverbundes zweckmäßig in Umfangsrichtung auf zwei sich gegenüberliegenden seitlichen Begrenzungswänden einer in dem Grundkörper vorgesehene Nut zur Aufnahme der Schaufelfüße befinden. In jedem Fall wird eine Momentenbelastung verhindert oder minimiert, wenn sich die Hohlräume auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Schaufelfußes befinden.
  • Zum Befüllen des Hohlraumes bzw. der Hohlräume mit der aushärtenden Keramikmasse oder des aushärtenden Keramikklebers sollte mindestens ein Befüllungskanal vorgesehen sein, der entweder durch den Grundkörper oder durch Schaufelball und Schaufelfuß zu dem Hohlraum führt. Die Befüllung sollte im Interesse der vollständigen Ausfüllung des Hohlraums unter vorheriger oder synchroner Entlüftung des Hohlraums erfolgen. Hierzu kann ein separater Entlüftungskanal zu dem Hohlraum führen oder der Befüllungskanal kann gleichzeitig der Entlüftung dienen, in dem insbesondere eine gesonderte Befüllungsleitung durch den Befüllungskanal in den Hohlraum führt und die Entlüftung neben der Befüllungsleitung durch den Befüllungskanal erfolgt. Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass der Befüllungskanal sich sowohl durch den Schaufelfuß als auch durch das Schaufelblatt erstreckt, so dass eine besonders komfortable Zugänglichkeit gegeben ist.
  • Im Fall des Schaufelverbundes bei sich in Umfangsrichtung erstreckender Aufnahmenut ist es von Vorteil, wenn gar keine Einfüllöffnung vorgesehen werden muss und die Schaufeln einfach in die Nut eingesetzt werden können und anschließend mittels mindestens einem, vorzugsweise mittels zweier symmetrisch angeordneter Passtücke ein radiales Ausrücken verhindernder Formschluss hergestellt wird. Bei dieser neuen Art der Schaufelbefestigung kann die komplette Bearbeitung der Läufernut auf der Drehmaschine erfolgen, während heute die Einfüllöffnung noch anschließend gefräst oder gestoßen werden muss. Das entsprechende Passstück ist in einem von der jeweiligen Schaufel und dem Grundkörper durch seitliche Begrenzungswände gebildeten Hohlraum in Umfangsrichtung einzuschieben, so lange, bis alle Schaufeln über den Umfang einschließlich einer Schlussschaufel eingesetzt sind, wobei die Schlussschaufel in Ermangelung einer Möglichkeit des Einschiebens eines Passstückes ohne Passstück in die umlaufende Nut eingesetzt wird und der entsprechende Hohlraum bzw. die entsprechenden Hohlräume für die Passstücke mittels einer aushärtenden Keramikmasse oder eines aushärtenden Keramikklebers befüllt werden.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Verdeutlichung näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäße Anordnung mit einer Schaufel, einem Grundkörper und mit einer Keramikmasse zu befüllenden Hohlräumen,
    Figur 2
    eine andere Ausführung in einer Darstellung wie Figur 1,
    Figur 3
    einen Schnitt durch einen Grundkörper mit einer einzusetzenden Schaufel,
    Figur 4
    die Anordnung nach Figur 3, wobei die Schaufel eingesetzt ist und in Hohlräume nach der Erfindung Passstücke eingeschoben worden sind,
    Figur 5
    eine geschnittene Draufsicht der Anordnung nach Figur 3 bzw. Figur 4 in einem Schnitt AA, wie in Figur 4 gezeigt und
    Figur 6
    eine perspektivische Darstellung der Anordnung nach den Figuren 3, 4 und 5.
  • Figur 1 und Figur 2 zeigen eine geschnittene Darstellung einer Anordnung 1 nach der Erfindung, umfassend eine Schaufel 2 und einen Grundkörper 3. Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Schaufeln 2 bestehen jeweils aus einem Schaufelblatt 4 und einem Schaufelfuß 5, wobei die gezeigten Ausgestaltungen der Schaufel 2 auch stets eine jenseitig des Schaufelfußes 5 an dem Schaufelblatt 4 angebrachte Deckplatte 6 aufweisen, die in einem Schaufelverbund 7, wie in Figur 6 gezeigt, in der Nebeneinanderanordnung der Schaufeln 2, ein Deckband 8 bilden. Die Erfindung ist auch auf Schaufeln 2 ohne Deckplatte 6 anwendbar. Der Schaufelverbund 7 bildet in einer sich über einen gesamten Umfang einer Maschinenachse 9 erstreckenden Anordnung eine Schaufelstufe, wie sie hier nicht in Vollständigkeit dargestellt ist.
  • Der Grundkörper 3 kann entweder ein Gehäuse 10 oder eine Rotorwelle 11 sein.
  • Insbesondere Figuren 1 und 2 zeigen, dass der Schaufelfuß 5 mit einer ersten seitlichen Begrenzungsfläche 15 gemeinsam mit einer zweiten Begrenzungsfläche 16 des Grundkörpers 3 einen Hohlraum 17 in einer Ausnehmung 18, in die der Schaufelfuß 5 eingesetzt ist, einschließt. Dieser Hohlraum 17 ist mittels einer Keramikmasse bzw. eines Keramikklebers 19, der aushärtet, befüllt. Die Befüllung erfolgt durch einen Befüllungskanal 20, wobei der Befüllungskanal 20 in Figur 1 sich durch das Schaufelblatt 4 und den Schaufelfuß 5 bis in den Hohlraum 17 erstreck. Die Anordnung mit dem Hohlraum 17 ist hinsichtlich einer durch eine Schaufellängsachse 21 verlaufenden Ebene 21 symmetrisch ausgebildet, so dass zwei Hohlräume 17, auf jeder Seite des Schaufelfußes 5 einer, vorgesehen sind. Neben dem Befüllungskanal 20 ist in Figur 1 noch Einsicht durch den Grundkörper 3 erstreckender Entlüftungskanal 22 zum Entlüften der Hohlräume 17 vorgesehen sind. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Entlüftung durch den Befüllungskanal 20.
  • Die Hohlräume 17 sind jenseitig des Schaufelblattes 4 von einem seitlichen ersten Vorsprung 31 des Schaufelfußes 5 begrenzt. Diesseitig des Schaufelblattes 4 sind die Hohlräume 17 jeweils von einem zweiten Vorsprung 32 des Grundkörpers 3 begrenzt.
  • Die Hohlräume 17 haben jeweils eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einer einer Umfangsrichtung 33 entsprechenden Krümmung, wobei die zylindrische Form einen kreisrunden Querschnitt 34 aufweist. Eine Fortsetzung der Begrenzungsflächen 15, 16 des Schaufelfußes 5 bzw. des Grundkörpers 3 im Bereich der Ausnehmung 18, die benachbart zu den Hohlräumen 17 sind, teilt den kreisrunden Querschnitt 34 des Hohlraums 17 etwa hälftig.
  • Bezug nehmend auf Figur 6 und die Figuren 3, 4 und 5 stellen die Figuren 1 und 2 Möglichkeiten zur Ausbildung einer Schlussschaufel 40 des jeweiligen Schaufelverbundes 7 dar. Der sich in Umfangsrichtung 33 erstreckende Schaufelverbund 7, beispielsweise einer Laufschaufelstufe oder einer Leitschaufelstufe, erfordert aufgrund der formschlüssigen radialen Befestigung mittels Passstücken 44, die in Hohlräumen 17 zwischen zweiten Begrenzungsflächen 16 der Ausnehmung 18, die in Form einer Nut 45 ausgebildet ist und ersten Begrenzungsflächen 15 eingesetzt sind, die Vorsehung einer in einer bestimmten Umfangsposition angeordneten Einfüllöffnung 41, in die ein Schlussschaufelfuß 42 der Schlussschaufel 40 eingesetzt wird. Dies ist insbesondere der Fall, weil die Passstücke 44 in Umfangsrichtung 33 in die Hohlräume 17 eingeführt werden. Die Schlussschaufel 40 der Anordnung, nach den Figuren 3 bis 6, wird erfindungsgemäß in den Figuren 1 und 2 dargestellter Weise an dem Grundkörper 3 befestigt.

Claims (12)

  1. Anordnung (1) mit mindestens einer Schaufel (2) einer Turbomaschine und einem Grundkörper (3), wobei die Schaufel ein Schaufelblatt (4) und einen Schaufelfuß (5) umfasst, wobei die Schaufel (2) mittels des Schaufelfußes (5) an dem Grundkörper (3) in einer Ausnehmung (18) befestigt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens eine seitliche erste Begrenzungsfläche (15) des Schaufelfußes (5) gemeinsam mit einer mindestens zweiten Begrenzungsfläche (16) der Ausnehmung (18) einen Hohlraum (17) bildet, welcher Hohlraum (17) mittels einer aushärtenden Keramikmasse (19) oder eines aushärtenden Keramikklebers (19) gefüllt ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (5) mindestens einen in den Hohlraum (17) hineinragenden oder den Hohlraum (17) jenseitig des Schaufelblattes (4) begrenzenden seitlichen ersten Vorsprung (31) aufweist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Grundkörper (3) mindestens einen in den Hohlraum (17) hineinragenden oder den Hohlraum (17) diesseitig des Schaufelblattes (4) begrenzenden seitlichen zweiten Vorsprung (32) aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Schaufelfuß (5) mit dem Grundkörper (3) zwei gleichartige mit Keramikmasse (19) oder Keramikkleber (19) gefüllte Hohlräume (17) bildet.
  5. Anordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hohlräume (17) auf den gegenüberliegenden Seiten des Schaufelfußes (5) angeordnet sind.
  6. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Befüllungskanal (20) zu dem Hohlraum (17) zum Befüllen mit der Keramikmasse (19) oder dem Keramikkleber (19) vorgesehen ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Befüllungskanal (20) durch den Grundkörper (3) verläuft.
  8. Anordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Befüllungskanal (20) durch den Schaufelfuß (5) verläuft.
  9. Anordnung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Befüllungskanal (20) durch das Schaufelblatt (4) verläuft.
  10. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mehrere nebeneinander angeordnete Schaufeln (2) einen Schaufelverbund (7) bilden, die Ausnehmung (18) eine in einer Umfangsrichtung (33) verlaufenden Nut (45) ist, in der die Schaufeln (2) mittels ihrer Schaufelfüße (5) formschlüssig an dem Grundkörper (3) radial gehalten sind.
  11. Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaufel (2), die mittels aus der Keramikmasse (19) oder eines aushärtenden Keramikklebers (19) fixiert ist, eine Schlussschaufel (40) eines Schaufelverbunds (7) ist.
  12. Anordnung (1) mit Schaufel (2) eines Schaufelverbundes (7), welche Schaufeln (2) jeweils ein Schaufelblatt (4) und einen Schaufelfuß (5) aufweisen und die in Ausnehmungen (18) eines Grundkörpers (3) mittels des Schaufelfußes (5) befestigt sind, welche Ausnehmung (18) eine sich in eine Umfangsrichtung (33) erstreckende Nut (45) bilden, wobei in einer Umfangsposition eine Schlussschaufel (40)mit einem Schlussschaufelfuß (42) und einem Schlussschaufelblatt (46) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jeweils eine seitliche erste Begrenzungsfläche (15) des Schaufelfußes (5) gemeinsam mit mindestens einer zweiten Begrenzungsfläche (16) der Nut (45) mindestens einen Hohlraum (17) bildet, in welchem Hohlraum (17) ein in Umfangrichtung (33) einführbares Passstück (44) derart angeordnet ist, dass mittels dessen die Schaufel (2) radial formschlüssig in dem Grundkörper (3) befestigt ist und dass die Schlussschaufel (40) mit mindestens einer seitlichen ersten Begrenzungsfläche (15) des Schlussschaufelfußes (42) gemeinsam mit mindestens einer zweiten Begrenzungsfläche (16) der Nut (45) einen Hohlraum (17) bildet, welcher Hohlraum (17) mittels einer aushärtenden Keramikmasse (19) oder eines aushärtenden Keramikklebers (19) gefüllt ist.
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