EP2183467A1 - Rotoranordnung von einer turbine - Google Patents

Rotoranordnung von einer turbine

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EP2183467A1
EP2183467A1 EP08775236A EP08775236A EP2183467A1 EP 2183467 A1 EP2183467 A1 EP 2183467A1 EP 08775236 A EP08775236 A EP 08775236A EP 08775236 A EP08775236 A EP 08775236A EP 2183467 A1 EP2183467 A1 EP 2183467A1
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EP
European Patent Office
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rotor
recesses
blades
blade
surface portions
Prior art date
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EP08775236A
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English (en)
French (fr)
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EP2183467B1 (de
EP2183467B2 (de
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Helmar Wunderle
Stefan Schlechtriem
Peter Graf
Silvio Glaser
Beat Von Arx
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Ansaldo Energia IP UK Ltd
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Publication of EP2183467B1 publication Critical patent/EP2183467B1/de
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    • 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
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making

Definitions

  • the present invention relates to a method for improving the seal between the rotor and a plurality of anchored in the rotor, arranged in the form of a rotating rim blades according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention also relates to the correspondingly designed rotors or blades.
  • the individual blades are fastened to a rotor in a ring, in which the rotor is mounted on its outer circumference via a plurality of axially and has parallel in the circumferential direction juxtaposed recesses, which are formed for example as a die of a Christmas tree profile.
  • the blades which are to be installed have a blade root corresponding in shape, which is designed as a corresponding male part of the Christmas tree profile with respect to the corresponding dies in the rotor.
  • the blades are successively inserted in the axial direction in these recesses of the rotor, and for sealing between the adjacent blades push while the lower shrouds of the adjacent blades side by side.
  • the fact must be taken into account that on the one hand between the adjacent shrouds at all times the best possible seal must be present, on the other hand, but also that the thermal expansion of the individual Components must be considered.
  • the invention is therefore inter alia the object of providing a simple method for improving the seal on constructions of rotors of the type mentioned above.
  • it is therefore a matter of proposing such an improved method for a rotor having a plurality of blades anchored in the rotor and arranged in the form of a rotating rim.
  • the rotor has a plurality of substantially axially extending, profiled with a profiled recesses into which a ring of blades, which have corresponding with the profile blade root profiles, in a substantially axial insertion direction are preferably inserted positively and / or non-positively ,
  • the rotor between the recesses over extending in the axial direction and circumferential direction tangential surface portions or peripheral surface portions, which are covered by lower shrouds of circumferentially adjacent blades arranged in the radial direction substantially at least indirectly.
  • the solution to this problem is achieved in that at least one of the tangential surface portions respectively peripheral surface portions is provided with a gradation in the radial direction and in the underside of the shroud of the blade arranged above a corresponding recess is provided.
  • the core of the invention thus consists, to some extent in the sense of a labyrinth seal, of improving the seal between rotor and blade or shroud of the blade. As a side effect, this results in a clever arrangement of gradations that the blade is pushed when pushed against a stop. In other words, the right axial position for the fixation is specified by the gradation.
  • This stopper is not provided, as known from the prior art for example in US 5,067,877 and from many other documents in the field of such rotors, via a revolving construction (stopper ring), but only over the proposed one, only the one Range of peripheral surface sections arranged gradations, which at the same time allows the required sealing effect or very targeted flow of cooling air.
  • a first preferred embodiment of the method is characterized in that the steps are provided on all circumferentially arranged circumferential surface sections of the rotor and corresponding recesses are provided on all the blades.
  • the steps are provided on all circumferentially arranged circumferential surface sections of the rotor and corresponding recesses are provided on all the blades.
  • the steps are designed as ring sections on the peripheral surface sections with an axial section rectangular or square cross-section (but other shapes such as triangle, trapezoid or corresponding rounded shapes are possible) is formed.
  • the steps are advantageously over less than 50% of the axial extent of the peripheral surface sections, preferably over less than 20%, more preferably formed over less than 10% of the axial extent of the peripheral surface portions.
  • Stages formed with a radial height which serves each of the final purpose and is dependent on the respective designed gradations. As already explained, are advantageously the
  • the present invention relates to a blade, in particular for use in a method as described above.
  • the blade is preferably characterized in that it has an airfoil and a blade root formed thereon, wherein the blade root has a blade root profile and a lower shroud, and on the underside of the shroud there is a recess open in the direction of insertion and towards the rotor, wherein the Recess preferably extends over the entire tangential respectively circumferential width of the underside of the shroud on both sides of the airfoil.
  • the blade root profile is designed as a dovetail profile or as a Christmas tree profile.
  • the present invention relates to a rotor, in particular for use in one of the methods as described above, and preferably for common use with a blade, as described above.
  • the rotor is preferably characterized in that it is used for anchoring a peripheral ring of
  • Shovels is formed, for which the rotor has a plurality of substantially axially extending, profiled recesses, in which the ring of blades, which have corresponding blade root profiles, in a substantially axial insertion direction in this Recesses can be inserted preferably positive fit and / or non-positive, and wherein the rotor between the recesses in the axial direction and circumferential direction extending tangential surface portions or peripheral surface portions which are covered by lower shrouds of circumferentially adjacent arranged blades in the radial direction substantially at least indirectly ,
  • at least one of the tangential surface sections respectively peripheral surface sections is provided with a gradation in the radial direction.
  • the profiled recesses are designed as dovetail profiles or Christmas tree profiles.
  • FIG. 1 different views of a rotor with the corresponding
  • Section is shown perpendicular to the axis of the rotor, in b) an axial section just before the insertion of the blade and in c) the finished inserted blade in the rotor;
  • FIG. 2 corresponding views of a rotor or a blade according to the present invention in corresponding representations;
  • FIG. 3 corresponding views of a rotor according to the prior art with a blade according to the present invention in corresponding
  • the rotor 1 comprises a central part which has a peripheral surface substantially in the form of a cylindrical surface.
  • a recesses 4 are formed.
  • the recesses are designed as Christmas tree profiles.
  • the recesses 4 extend in the radial direction R inwardly to the axis of the rotor.
  • the Tannenbaumprofile each have alternately arranged grooves 10 and ribs 11, which are arranged in the axial direction.
  • the recesses 4 are used for axially receiving the blades 2, which are formed with a corresponding male profile on the blade root.
  • the recesses 4 are uniformly distributed around the circumference of the rotor 1, and between the individual recesses 4 remain portions of the substantially cylindrical peripheral surface. These peripheral surface portions 5 are, when the blades 2 are inserted, usually covered by the blade root 3, or concretely from the lower shroud 7 of the blade 2. Between adjacent blades 2 there is correspondingly an axial plane of symmetry 6, and between two adjacent recesses 4 divides the peripheral surface so in each case two peripheral surface portions 5 and 5 '.
  • the sections 5, 5 ' can either actually be formed as curved sections of a cylinder surface, but they can also be designed in each case as tangential planes, wherein 5 and 5' can be arranged in the same plane or can be tilted relative to each other.
  • Figure 1 b) the process of inserting a blade is shown schematically. This in a section in the plane of the axis of the rotor, that is, in a radial direction.
  • a blade 2 comprises an airfoil 9, which optionally may additionally have a shroud on the radially outer side (not shown in this figure).
  • the blade root 3 formed on the lower side comprises, on the one hand, a lower shroud 7 and, on the radial side, it is integrally formed downward over the blade root profile 16.
  • the blade root profile 16 corresponds to a certain extent a negative of the recesses 4, that is, it is also formed as a corresponding Christmas tree profile.
  • the Christmas tree profile of the blade root profile 16 corresponds as closely as possible to the Christmas tree profile of the recesses 4 in order to ensure a full seat of 16 in FIG.
  • the blade is inserted into the recesses 4 in the insertion direction 8 in an axial direction A, with the lower shroud generally resting substantially flush against the peripheral surface sections 5.
  • FIG. 2 now shows a modification according to the invention of such a device
  • Shovel 2 shown.
  • corresponding representations to Figure 1 are shown, that is, in a) a section perpendicular to the axis of the rotor, in b) a view when inserting a blade and in c) to some extent lateral view of an inserted shovel.
  • an elevation 13, which can be designated as a stop element 13, is arranged on the front end of the rotor 1 in the insertion direction 8 (on the stop side 14).
  • this stop element 13 extends in the circumferential direction in each case between two adjacent recesses 4 over the entire tangential extent of the circumferential surface portions 5 and 5 '.
  • stop elements 13 it is also possible to apply the stop elements 13 to some extent as ring sections on the peripheral surface portions 5, for example by screws, welding or soldering (metallic feature).
  • the stop element 13 typically has the shape which is rectangular in an axial section as shown in FIG. 2b). But it is also possible to form the stop element 13 as a trapezoid or, to a certain extent, as a triangle, wherein the inclined flank of the blade 2 may face, and thereby results in a further wedge with deferred blade 2.
  • the blade 2 in turn has on the underside of the shroud 7 via a recess 12 corresponding to the stop element 13.
  • the recess 12 is arranged at the front end of the blade 2 in the direction of insertion 8.
  • the recess 12 has the corresponding female profile to a certain extent male stop element 13th
  • the stop element 13 defines the End position of the blade, since the blade is inserted until the recess 12 has the stop member 13 completely absorbed in itself and impinges on the axial direction of the facing surface.
  • the design according to the invention thus leads to the correct axial positioning of the blade.
  • the stepped shape can also be used in a very targeted manner to allow exactly a desired amount of air to flow through the gap, for example, for cooling.
  • the stopper member 13 is preferably formed with a width in the axial direction A in the range of 3-20 mm, and with a height in the radial direction R in the range from 1-20 mm.
  • the advantage of the proposed embodiment is that a blade designed in accordance with the invention can also be pushed onto an existing rotor 1, that is to say a rotor without stop element 13. Accordingly, the presence of the recess 12 does not disturb the compatibility of new blades with existing rotors. New blades can be easily installed on existing rotors (bucket retrofit). The resulting achievable and available flexibility allows a tremendous degree of freedom in retrofit applications. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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

Abstract

Beschrieben wird eine Rotoranordnung von einer Turbine zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Rotor (1) und einer Mehrzahl von im Rotor (1) verankerten, in Form eines umlaufenden Kranzes angeordneten Schaufeln (2), wobei der Rotor über eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden, profilierten Ausnehmungen (4) verfügt, in welche ein Kranz von Schaufeln (2), welche über korrespondierende Schaufelfussprofile (16) verfügen, in einer im wesentlichen axialen Einschubrichtung (8) in diese Ausnehmungen (4) formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingeschoben sind, und wobei der Rotor (1) zwischen den Ausnehmungen (4) über sich in axiale Richtung (A) und Umfangsrichtung erstreckende tangentiale Flächenabschnitte oder Umfangsflächenabschnitte (5, 5') verfügt, welche von unteren Deckbändern (7) von umfangsmässig benachbart angeordneten Schaufeln (2) in radialer Richtung im wesentlichen wenigstens mittelbar abgedeckt werden. Dabei wird so vorgegangen, dass wenigstens einer der tangentialen Flächenabschnitte respektive Umfangsflächenabschnitte (5, 5') mit einer Stufung (13) in radialer Richtung (R) versehen wird und in der Unterseite des Deckbandes (7) der darüber angeordneten Schaufel (2) eine korrespondierende, möglichst bündig anschliessende Ausnehmung (12) vorgesehen wird. Beschrieben werden weiterhin entsprechende Rotoren respektive Schaufeln.

Description

ROTORANORDNUNG VON EINER TURBINE
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Rotor und einer Mehrzahl von im Rotor verankerten, in Form eines umlaufenden Kranzes angeordneten Schaufeln gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die entsprechend ausgebildeten Rotoren respektive Schaufeln.
Stand der Technik
Wie seit langem bekannt und beispielsweise aus der US 6,030,178 oder gleichermassen aus der US 2004/165989 ersichtlich, werden insbesondere bei Rotoren für Turbinen die einzelnen Schaufeln an einem Rotor in einem Kranz befestigt, indem der Rotor auf seinem äusseren Umfang über eine Vielzahl von axial und parallel in Umfangshchtung nebeneinander angeordneten Ausnehmungen verfügt, welche beispielsweise als Matrize eines Tannenbaumprofils ausgebildet sind. Die zum Einbau gelangenden Schaufeln verfügen über einen formmässig korrespondierenden Schaufelfuss, welcher als entsprechende Patrize des Tannenbaumprofils gegenüber der entsprechenden Matrizen im Rotor ausgebildet ist. Bei der Montage des Rotors werden die Schaufeln sukzessive in axialer Richtung in diese Ausnehmungen des Rotors eingeschoben, und zur Abdichtung zwischen den benachbarten Schaufeln schieben sich dabei die unteren Deckbänder der benachbarten Schaufeln nebeneinander. Wie aus der WO 03/027445 bekannt geworden ist, ist dabei der Tatsache Rechnung zu tragen, dass einerseits zwischen den benachbarten Deckbändern jederzeit eine möglichst gute Dichtung vorliegen muss, auf der anderen Seite aber auch dass die wärmebedingte Ausdehnung der einzelnen Komponenten berücksichtigt werden muss.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt demnach unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Verbesserung der Dichtung an Konstruktionen von Rotoren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen. Insbesondere geht es also darum, ein derart verbessertes Verfahren für einen Rotor mit einer Mehrzahl von im Rotor verankerten, in Form eines umlaufenden Kranzes angeordneten Schaufeln vorzuschlagen. Dabei verfügt der Rotor über eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden, mit einem Profil versehenen profilierten Ausnehmungen, in welche ein Kranz von Schaufeln, welche über mit dem Profil korrespondierende Schaufelfussprofile verfügen, in einer im wesentlichen axialen Einschubrichtung bevorzugt formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingeschoben sind. Zudem verfügt der Rotor zwischen den Ausnehmungen über sich in axialer Richtung und Umfangsrichtung erstreckende tangentiale Flächenabschnitte oder Umfangsflächenabschnitte, welche von unteren Deckbändern von umfangsmässig benachbart angeordneten Schaufeln in radialer Richtung im wesentlichen wenigstens mittelbar abgedeckt werden. Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass wenigstens einer der tangentialen Flächenabschnitte respektive Umfangsflächenabschnitte mit einer Stufung in radialer Richtung versehen wird und in der Unterseite des Deckbandes der darüber angeordneten Schaufel eine korrespondierende Ausnehmung vorgesehen wird. Der Kern der Erfindung besteht somit darin, gewissermassen im Sinne einer Labyrinthdichtung eine Verbesserung der Dichtung zwischen Rotor und Schaufel respektive Deckband der Schaufel zu gewährleisten. Als Nebeneffekt ergibt sich dabei, bei einer geschickten Anordnung der Stufungen, dass die Schaufel beim Einschieben an einen Anschlag geschoben wird. Mit anderen Worten wird durch die Stufung die richtige axiale Position für die Fixierung vorgegeben. Dieser Anschlag wird nicht, wie dies aus dem Stand der Technik beispielsweise in der US 5,067,877 und aus vielen anderen Dokumenten aus dem Gebiet derartiger Rotoren bekannt ist, über eine umlaufende Konstruktion (Anschlagsring) zur Verfügung gestellt, sondern nur über die vorgeschlagenen, jeweils nur dem Bereich der Umfangflächenabschnitte angeordneten Stufungen, was gleichzeitig die geforderte Abdichtungswirkung oder ganz gezielte Strömung von Kühlluft erlaubt.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen an sämtlichen um einen Umfang angeordneten Umfangsflächenabschnitten des Rotors vorgesehen werden und korrespondierende Ausnehmungen an sämtlichen Schaufeln vorgesehen werden. So ist es beispielsweise möglich, die sich in radialer Richtung nach aussen erstreckenden Stufungen am Rotor dadurch herzustellen, indem die Umfangsflächenabschnitte zunächst mit einem Aussenradius hergestellt werden, welcher dem Aussenradius der ebenen Stufungen entspricht, und indem anschliessend in dem Bereich, in welchem die Stufungen nicht angeordnet sind, auf die gewünschte Tiefe heruntergefräst wird. Die korrespondierenden Ausnehmungen können in entsprechender Weise auf der Unterseite der Deckbänder der Schaufeln ausgearbeitet werden. Insbesondere hinsichtlich der oben erwähnten zusätzlichen Wirkung als Anschlag zur axialen Fixierung der Schaufeln erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Stufungen auf einer der Einschubseite entgegengesetzten Anschlagseite des Rotors angeordnet werden und bevorzugtermassen mit dieser Anschlagsseite bündig sind. Bevorzugtermassen sind die Stufungen als Ringabschnitte auf den Umfangsflächenabschnitten mit in einem axialen Schnitt rechteckförmigem oder quadratischem Querschnitt (es sind aber auch andere Formen wie Dreieck, Trapez oder entsprechende gerundete Formen möglich) ausgebildet. Bevorzugt gibt es einen radialen Abschnitt (gewissermassen Anschlagsfläche), dessen Flächennormale in axiale Richtung zeigt, und einen axialen Abschnitt, dessen Flächennormale in radiale Richtung zeigt. Die Stufungen sind vorteilhafter Weise über weniger als 50% der axialen Ausdehnung der Umfangsflächenabschnitte, bevorzugt über weniger als 20%, insbesondere bevorzugt über weniger als 10% der axialen Ausdehnung der Umfangflächenabschnitte ausgebildet.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die
Stufungen mit einer radialen Höhe ausgebildet, welche jeweils dem finalen Zweck dient und in Abhängigkeit zu den jeweiligen ausgelegten Stufungen steht. Wie bereits eingangs erläutert, werden in vorteilhafter Weise die
Stufungen und die Ausnehmungen bündig ausgestaltet (in axialer und in radialer Richtung), wobei gegebenenfalls im Kantenbereich oder über die gesamte Stufung zusätzlich Dichtungsmittel angeordnet werden können oder eine Profilierung vorgenommen wird, die zwar den einen Zweck erfüllt, daneben aber auch die im Speziellen angestrebte Dichtigkeit verfolgt.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaufel, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren, wie es oben geschildert wurde. Die Schaufel ist bevorzugtermassen dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Schaufelblatt und einen daran angeformten Schaufelfuss aufweist, wobei der Schaufelfuss ein Schaufelfussprofil und ein unteres Deckband aufweist, und auf der Unterseite des Deckbandes eine in Einschubrichtung und zum Rotor hin offene Ausnehmung vorhanden ist, wobei sich die Ausnehmung bevorzugtermassen über die gesamte tangentiale respektive umfangsmässige Breite der Unterseite des Deckbandes auf beiden Seiten des Schaufelblattes erstreckt. Typischerweise ist das Schaufelfussprofil als Schwalbenschwanzprofil oder als Tannenbaumprofil ausgebildet. Zudem ist es möglich, dass eine solche Schaufel zusätzlich ein oberes Deckband aufweist.
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung einen Rotor, insbesondere zur Verwendung in einem der Verfahren, wie es oben geschildert wurde, und bevorzugtermassen zur gemeinsamen Verwendung mit einer Schaufel, wie sie oben geschildert wurde. Der Rotor ist bevorzugtermassen dadurch gekennzeichnet, dass er zur Verankerung eines umlaufenden Kranzes von
Schaufeln ausgebildet ist, wozu der Rotor über eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden, profilierten Ausnehmungen verfügt, in welche der Kranz von Schaufeln, welche über korrespondierende Schaufelfussprofile verfügen, in einer im wesentlichen axialen Einschubrichtung in diese Ausnehmungen bevorzugtermassen formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingeschoben werden kann, und wobei der Rotor zwischen den Ausnehmungen über sich in axialer Richtung und Umfangsrichtung erstreckende tangentiale Flächenabschnitte oder Umfangsflächenabschnitte verfügt, welche von unteren Deckbändern von umfangsmässig benachbart angeordneten Schaufeln in radialer Richtung im wesentlichen wenigstens mittelbar abgedeckt werden. Dabei ist wenigstens einer der tangentialen Flächenabschnitte respektive Umfangsflächenabschnitte mit einer Stufung in radialer Richtung versehen. Bevorzugtermassen sind die profilierten Ausnehmungen dabei als Schwalbenschwanzprofile oder Tannenbaumprofile ausgebildet.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Kurze Erläuterung der Figuren Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 unterschiedliche Ansichten eines Rotors mit der entsprechenden
Montage einer Schaufel nach dem Stand der Technik, wobei in a) ein
Schnitt senkrecht zur Achse des Rotors dargestellt ist, in b) ein axialer Schnitt kurz vor dem Einschieben der Schaufel und in c) die fertig eingeschobene Schaufel im Rotor;
Fig. 2 korrespondierende Ansichten eines Rotors respektive einer Schaufel nach der vorliegenden Erfindung in entsprechenden Darstellungen; und
Fig. 3 korrespondierende Ansichten eines Rotors nach dem Stand der Technik mit einer Schaufel nach der vorliegenden Erfindung in entsprechenden
Darstellungen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In der Folge soll unter Zuhilfenahme von Ausführungsbeispielen die Erfindung, wie sie eingangs geschildert wurde und in den angehängten Ansprüchen definiert ist, weiter erläutert werden. Die nun folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele soll dabei aber nicht zur Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er in den Ansprüchen formuliert ist, hinzugezogen werden. In Figur 1 ist zunächst ein Aufbau eines Rotors nach dem Stand der Technik dargestellt.
Wie aus Figur 1 a), einem Schnitt durch einen Rotor ohne eingeschobene Schaufeln senkrecht zur Achse des Rotors, ersichtlich, umfasst der Rotor 1 einen zentralen Teil, welcher eine Umfangsfläche im wesentlichen in Form einer Zylinderfläche aufweist. In dieser Umfangsfläche sind sich in axialer Richtung A erstreckende Ausnehmungen 4 ausgebildet. In diesem Fall sind die Ausnehmungen als Tannenbaumprofile ausgebildet. Die Ausnehmungen 4 erstrecken sich in radialer Richtung R nach innen zur Achse des Rotors. Die Tannenbaumprofile verfügen über jeweils abwechselnd angeordnete Rillen 10 respektive Rippen 11 , welche in axialer Richtung angeordnet sind. Die Ausnehmungen 4 dienen der axial einschiebenden Aufnahme der Schaufeln 2, welche mit einem korrespondierenden männlichen Profil am Schaufelfuss ausgebildet sind.
Die Ausnehmungen 4 sind gleichmässig um den Umfang des Rotors 1 verteilt, und zwischen den einzelnen Ausnehmungen 4 verbleiben Abschnitte der im wesentlichen zylindrischen Umfangsfläche. Diese Umfangsflächenabschnitte 5 werden, wenn die Schaufeln 2 eingeschoben sind, in der Regel vom Schaufelfuss 3 bedeckt, respektive konkret vom unteren Deckband 7 der Schaufel 2. Zwischen benachbarten Schaufeln 2 gibt es entsprechend eine axiale Symmetrieebene 6, und zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 4 teilt sich die Umfangsfläche so in jeweils zwei Umfangsflächenabschnitte 5 respektive 5'. Die Abschnitte 5, 5' können entweder tatsächlich als gekrümmte Abschnitte einer Zylinderfläche ausgebildet sein, sie können aber auch jeweils als tangentiale Ebenen ausgebildet sein, wobei 5 und 5' in der gleichen Ebene angeordnet sein können oder zueinander gekippt sein können. In Figur 1 b) ist der Vorgang des Einschiebens einer Schaufel schematisch dargestellt. Dies in einem Schnitt in der Ebene der Achse des Rotors, das heisst in einer radialen Richtung.
Eine Schaufel 2 umfasst ein Schaufelblatt 9, welches gegebenenfalls an der radial aussen liegenden Seite zusätzlich ein Deckband aufweisen kann (in dieser Figur nicht dargestellt). Der auf der Unterseite angeformte Schaufelfuss 3 umfasst einerseits ein unteres Deckband 7 und an diesem in radialer Richtung nach unten angeformt über das Schaufelfussprofil 16.
Das Schaufelfussprofil 16 entspricht gewissermassen einem Negativ der Ausnehmungen 4, das heisst, es ist ebenfalls als korrespondierendes Tannenbaumprofil ausgebildet. Das Tannenbaumprofil des Schaufelfussprofils 16 entspricht dabei möglichst genau dem Tannenbaumprofil der Ausnehmungen 4, um einen satten Sitz von 16 in 4 zu gewährleisten. Gegebenenfalls ist es möglich, durch eine in Einschubrichtung 8 ausgebildete Verjüngung der Ausnehmungen 4 ein automatisches Festklemmen der Schaufel 2 in den Ausnehmungen 4 beim Einschieben zu gewährleisten. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Schaufelfussprofil 16 mit einer entsprechenden Verjüngung zu versehen, soweit sich eine dieser Massnahmen im speziellen Fall als eine bevorzugte Variante heraus stellt. Wie aus Figur 1 b) ersichtlich, wird die Schaufel in einer axialen Richtung A in die Ausnehmungen 4 in der Einschubrichtung 8 eingeschoben, wobei sich das untere Deckband in der Regel im wesentlichen bündig an die Umfangsflächenabschnitte 5 anlegt.
In Figur 1 c) ist die Schaufel im eingeschobenen Zustand dargestellt, und es kann hier erkannt werden, dass zwischen dem unteren Deckband 7 und dem Rotor 1 eine in axialer Richtung verlaufende Stoss-Kante gebildet wird, welche entsprechend unter Umständen auch einem Luftstrom zugänglich wird.
In Figur 2 ist nun eine erfindungsgemässe Modifikation einer derartigen
Schaufel 2 dargestellt. In Figur 2 sind entsprechende Darstellungen zur Figur 1 dargestellt, das heisst in a) ein Schnitt senkrecht zur Achse des Rotors, in b) eine Ansicht beim Einschieben einer Schaufel und in c) eine gewissermassen seitliche Ansicht auf eine eingeschobene Schaufel.
Wie aus Figur 2a) und b) ersichtlich, ist am in Einschubrichtung 8 vorderen Ende des Rotors 1 (auf der Anschlagsseite 14) eine Erhöhung 13 angeordnet, welche als Anschlagselement 13 bezeichnet werden kann. In diesem Fall erstreckt sich dieses Anschlagselement 13 in Umfangshchtung jeweils zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen 4 über die ganze tangentiale Ausdehnung der Umfangsflächenabschnitte 5 respektive 5'.
Es ist alternativ aber auch möglich, beispielsweise jeweils nur im Bereich 5 oder nur im Bereich 5' ein solches Anschlagselement 13 vorzusehen. Die in Figur 2 dargestellte Möglichkeit ist aber herstellungstechnisch besonders einfach realisierbar, da der Rotor 1 in diesem Fall einfach mit einem etwas grosseren Umfangsradius für die Umfangsfläche 5 ausgebildet werden kann, und in den in Einschubrichtung 8 hinter dem Anschlagselement 13 angeordneten Bereichen um den ganzen Umfang abgefräst respektive abgedreht werden kann (metallisch abgezogenes Merkmal).
Alternativ ist es aber auch möglich, die Anschlagselemente 13 gewissermassen als Ringabschnitte auf die Umfangsflächenabschnitte 5 aufzubringen, beispielsweise durch Schrauben, Schweissen oder Löten (metallisch aufgesetztes Merkmal). Typischerweise verfügt das Anschlagselement 13 über die aus Figur 2b) ersichtliche in einem axialen Schnitt rechteckige Form. Es ist aber auch möglich, das Anschlagselement 13 als Trapez auszubilden oder gewissermassen als Dreieck, wobei die geneigte Flanke der Schaufel 2 zugewandt sein kann, und sich dadurch ein weitergehendes Verkeilen bei aufgeschobener Schaufel 2 ergibt.
Die Schaufel 2 verfügt ihrerseits auf der Unterseite des Deckbandes 7 über eine dem Anschlagselement 13 entsprechende Ausnehmung 12. Die Ausnehmung 12 ist am in Einschubrichtung 8 vorderen Ende der Schaufel 2 angeordnet. Die Ausnehmung 12 verfügt über das korrespondierende weibliche Profil zum gewissermassen männlichen Anschlagselement 13.
Wie aus Figur 2c) ersichtlich, definiert das Anschlagselement 13 die Endposition der Schaufel, da die Schaufel eingeschoben wird bis die Ausnehmung 12 das Anschlagselement 13 vollständig in sich aufgenommen hat und auf dessen der axialen Richtung zugewandte Fläche auftrifft. Abgesehen von der erfindungsgemässen Dichtungswirkung führt also die erfindungsgemässe Ausbildung zur richtigen axialen Positionierung der Schaufel.
Durch den dadurch vorliegenden gewinkelten Verlauf der Kante zwischen dem Deckband 7 und dem Rotor 1 entsteht gewissermassen eine Labyrinthdichtung zwischen Rotor und Schaufel. Die Dichtungswirkung zwischen Rotor und Schaufel kann zusätzlich erhöht werden, indem Dichtungsmaterial zwischen diese beiden Elemente eingebracht wird.
Die gestufte Form kann aber auch ganz gezielt dafür genutzt werden, genau eine gewünschte Luftmenge durch den Spalt beispielsweise zur Kühlung strömen zu lassen. So ist es beispielsweise möglich, Kühlluftkanäle aus den Abschnitten 5 in radialer Richtung nach aussen treten zu lassen, und die dort ausgeblasene Kühlluft anschliessend dem gestuften Verlauf zwischen Anschlagselement 13 und Ausnehmung 12 entlang zuführen.
Bei einem Durchmesser eines herkömmlichen Rotors und einer axialen Länge der Flächen im Bereich von 30-400 mm wird bevorzugtermassen das Anschlagselement 13 mit einer Breite in axialer Richtung A im Bereich von 3-20 mm ausgebildet, und mit einer Höhe in radialer Richtung R im Bereich von 1-20 mm.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, ergibt sich zudem bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Vorteil, dass eine erfindungsgemäss ausgestaltete Schaufel auch auf einen bestehenden Rotor 1 , das heisst einen Rotor ohne Anschlagselement 13, aufgeschoben werden kann. Demgemäss stört die Anwesenheit der Ausnehmung 12 die Kompatibilität von neuen Schaufeln mit bestehenden Rotoren nicht. Neue Laufschaufeln lassen sich ohne Weiteres auf existierenden Rotoren einbauen (Schaufel-Retrofit). Die dadurch erzielbare und verfügbare Flexibilität lässt einen enormen Freiheitsgrad bei Retrofit- Anwendungen zu. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Rotor
2 Schaufel
3 Schaufelfuss
4 axiale Ausnehmung mit Tannenbaumprofil
5 Umfangsflächenabschnitte von 1
6 axiale Symmetrielinie zwischen benachbarten Schaufeln
7 Umlaufender Abdeckbereich von 2, unteres Deckband
8 Einschubrichtung
9 Schaufelblatt
10 Rille von 4
11 Rippe von 4
12 Ausnehmung auf Unterseite von 7
13 Anschlagselement
14 Anschlagseite von 1
15 Einschubseite von 1
16 Schaufelfussprofil
A axiale Richtung
R radiale Richtung
T tangentiale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Rotor (1 ) und einer Mehrzahl von im Rotor (1 ) verankerten, in Form eines umlaufenden
Kranzes angeordneten Schaufeln (2), wobei der Rotor über eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden Ausnehmungen (4) verfügt, in welche ein Kranz von Schaufeln (2), welche über mit den Ausnehmungen (4) korrespondierende Schaufelfussprofile (16) verfügen, in einer im wesentlichen axialen Einschubrichtung (8) formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingeschoben werden und wobei der Rotor (1 ) zwischen den Ausnehmungen (4) über sich in axiale Richtung (A) und Umfangshchtung erstreckende tangentiale Flächenabschnitte oder Umfangsflächenabschnitte (5,5') verfügt, welche von unteren Deckbändern (7) von umfangsmässig benachbart angeordneten
Schaufeln (2) in radialer Richtung im wesentlichen wenigstens mittelbar abgedeckt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der tangentialen Flächenabschnitte respektive Umfangsflächenabschnitte (5, 5') mit einer Stufung (13) in radialer
Richtung (R) versehen wird und in der Unterseite des Deckbandes (7) der darüber angeordneten Schaufel (2) eine korrespondierende Ausnehmung (12) vorgesehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stufung (13) an sämtlichen um einen Umfang angeordneten Umfangsflächenabschnitten (5, 5') des Rotors (1 ) vorgesehen werden und korrespondierende Ausnehmungen (12) an sämtlichen Schaufeln (2) vorgesehen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen (13) auf einer der Einschubseite (15) entgegengesetzten Anschlagseite (14) angeordnet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen (13) als Ringabschnitte auf den Umfangflächenabschnitten (5, 5') mit in einem axialen Schnitt rechteckförmigem oder quadratischem Querschnitt ausgebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen (13) über weniger als 50% der axialen Ausdehnung der Umfangflächenabschnitte (5, 5'), bevorzugt über weniger als 20%, insbesondere bevorzugt über weniger als 10% der axialen Ausdehnung der Umfangflächenabschnitte (5, 5') ausgebildet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen (13) eine radialer Höhe im Bereich von 1 -20 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 5 mm aufweisen, und/oder eine axiale Ausdehnung im Bereich von 3-20 mm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 4 mm.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufungen (13) und die Ausnehmungen (12) bündig ausgestaltet werden, wobei insbesondere bevorzugt im Kantenbereich Dichtungsmittel angeordnet werden können.
8. Schaufel, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (2) ein Schaufelblatt (9) und einen daran angeformten Schaufelfuss (3) aufweist, wobei der Schaufelfuss (3) ein Schaufelfussprofil (16) und ein unteres Deckband (7) aufweist, und dass auf der Unterseite des Deckbandes (7) eine in Einschubrichtung (8) und zum Rotor (1 ) hin offene Ausnehmung (12) vorhanden ist, wobei sich die Ausnehmung (12) bevorzugtermassen über die gesamte tangentiale respektive umfangsmässige Breite der Unterseite des Deckbandes (7) auf beiden Seiten des Schaufelblattes (9) erstreckt.
9. Schaufel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelfussprofil (16) als Schwalbenschwanzprofil oder als Tannenbaumprofil ausgebildet ist.
10. Schaufel nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (2) zusätzlich eine oberes Deckband aufweist.
11. Rotor (1 ), insbesondere zur Verwendung in einem der Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor zur Verankerung eines umlaufenden Kranzes von Schaufeln (2) ausgebildet ist, wobei der Rotor über eine Mehrzahl von im wesentlichen axial verlaufenden, profilierten Ausnehmungen (4) verfügt, in welche der Kranz von Schaufeln (2), welche über korrespondierende Schaufelfussprofile (16) verfügen, in einer im wesentlichen axialen Einschubrichtung (8) in diese Ausnehmungen (4) formschlüssig und/oder kraftschlüssig eingeschoben werden können, und wobei der Rotor (1 ) zwischen den Ausnehmungen (4) über sich in axiale Richtung (A) und Umfangsrichtung erstreckende tangentiale Flächenabschnitte oder Umfangsflächenabschnitte (5,5') verfügt, welche von unteren Deckbändern (7) von umfangsmässig benachbart angeordneten Schaufeln (2) in radialer Richtung im wesentlichen wenigstens mittelbar abgedeckt werden, wobei wenigstens einer der tangentialen Flächenabschnitte respektive Umfangsflächenabschnitte (5, 5') mit einer Stufung (13) in radialer
Richtung (R) versehen ist.
12. Rotor (1 ) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Ausnehmungen (4) als Schwalbenschwanzprofile oder Tannenbaumprofile ausgebildet sind.
13. Rotor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) am Umfang so gestaltet ist, dass eine gleiche oder unterschiedliche Anzahl Schaufeln pro Stufe einbaubar sind.
14. Rotor nach den Ansprüchen 8 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1 ) und/oder die Schaufeln mit Mitteln ausgebildet sind, welche eine Axialfixierung im vorderen oder hinteren Bereich zulassen.
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