EP3006667A1

EP3006667A1 - Turbinenlaufschaufel, Anordnung aus einer Turbinenwelle, einer Turbinenradscheibe, einer Vielzahl an Turbinenlaufschaufeln sowie einem Wuchtgewicht und Turbine

Info

Publication number: EP3006667A1
Application number: EP14188269.6A
Authority: EP
Inventors: Simon Kliesch; Philipp KREUTZER; Marco Link; Stavros Pyliouras; Marc REINBERG; Marc Tertilt; Waldemar Dück; Lukas Eschenbruch; Kevin KAMPKA; Christian Kowalzik; Peter Schröder; José Manuel Torres Gutiérrez; Vyacheslav Veitsman; Martin Wilke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2016-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) mit einem Schaufelblatt (2; 602) und einem Schaufelfuß (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) zum Anordnen an einer Turbinenradscheibe (10; 310) einer Turbinenwelle (12), wobei die Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313; 413; 513; 613) zum Haltern wenigstens eines Wuchtgewichtelements (14; 314; 451; 551) an der Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenlaufschaufel mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß zum Anordnen an einer Turbinenradscheibe einer Turbinenwelle.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung aus einer um eine Rotationsachse rotierbaren Turbinenwelle einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine, aus einer an dieser Turbinenwelle angeordneten Turbinenradscheibe, aus einer Vielzahl von an der Turbinenradscheibe angeordneten Turbinenlaufschaufeln, sowie aus wenigstens einem Wuchtgewichtelement zum Egalisieren einer durch die Turbinenwelle und/oder durch die Turbinenradscheibe verursachten Unwucht, bei welcher das wenigstens eine Wuchtgewichtelement in einer sich entlang der Rotationsachse erstreckenden Wuchtebene angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, mit einer Vielzahl an Turbinenlaufschaufeln.
Gattungsgemäße Turbinenschaufeln, welche an einer Turbinenradscheibe gehaltert gemeinsam mit einer Turbinenwelle als Anordnung um eine Rotationsachse einer Turbine umlaufen, sind aus dem Stand der Technik als Turbinenrotoren bekannt. Eine derartige Turbine kann dabei vielfältig ausgebildet sein, beispielsweise als Dampf- oder Gasturbine oder dergleichen.
Um einen möglichst vibrationsarmen Betrieb der Turbine zu gewährleisten, ist es meistens unabdingbar, rotierende Komponenten, wie insbesondere einen um eine Rotationsachse rotierenden Turbinenrotor auszuwuchten.
Es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere gattungsgemäße Turbinenlaufschaufeln derart weiterzuentwickeln, dass Inbetriebnahme- und/oder Wartungsarbeiten an einer Turbine insbesondere hinsichtlich Auswuchtungsarbeiten von Wuchtungsprozessen einfacher vorgenommen werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Turbinenlaufschaufel mit einem Schaufelblatt und einem Schaufelfuß zum Anordnen an einer Turbinenradscheibe einer Turbinenwelle gelöst, wobei die Turbinenlaufschaufel eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung zum Haltern wenigstens eines Wuchtgewichtelements an der Turbinenlaufschaufel aufweist.
Dadurch, dass die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung erfindungsgemäß an der Turbinenlaufschaufel - und nicht mehr wie bisher üblich an der Turbinenradscheibe bzw. Turbinenwelle - angeordnet ist, ist diese Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung wesentlich besser zugänglich, so dass beispielsweise selbst ein wiederholtes Auswuchten einer Anordnung aus Turbinenwelle, Turbinenradscheibe und Turbinenlaufschaufeln, sprich des gesamten Turbinenrotors, signifikant einfacher vorgenommen werden kann, da die entsprechende Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung von außen besser zugänglich ist.
Insofern können hierdurch Wuchtungsprozesse mit äußerst geringem Aufwand optimiert werden. Beispielsweise können Entstapelungsarbeiten an einer Turbine aufgrund einer starken Unwucht einer Turbinenradscheibe vermieden werden.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung kann hierbei einen nahezu beliebigen Hohlraum zur Aufnahme eines Wuchtgewichtelements ausgestalten, wie später beispielhaft noch erläutert ist.
Je nach konkreter Ausgestaltung der Turbine kann es bereits ausreichend sein, wenn lediglich eine Turbinenlaufschaufel mit einem oder mehreren solcher Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtungen ausgestattet ist. Alternativ können jedoch auch mehr als eine Turbinenlaufschaufel entsprechend präpariert sein, wenn dies zweckdienlich ist.
Eine bevorzugte Ausführungsvorrichtung sieht vor, dass an der an der Turbinenlaufschaufel angeordneten Aufnahmeeinrichtung wenigstens ein Wuchtgewichtelement angeordnet ist, mittels welcher eine der Turbinenradscheibe und/oder der Turbinenwelle innewohnende Unwucht egalisierbar ist.
Hierdurch gelingt es baulich sehr einfach, wenigstens ein Wuchtgewichtelement hinsichtlich der Rotationsachse der Turbinenwelle einer Turbine radial wesentlich weiter außen als eine Turbinenradscheibe anzuordnen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer Anordnung aus einer um eine Rotationsachse rotierbaren Turbinenwelle einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine, aus einer an dieser Turbinenwelle angeordnete Turbinenradscheibe, aus einer Vielzahl von an der Turbinenradscheibe angeordneten Turbinenlaufschaufeln, sowie aus wenigstens einem Wuchtgewichtelement zum Egalisieren einer durch die Turbinenwelle und/oder durch die Turbinenradscheibe verursachten Unwucht gelöst, bei welcher das wenigstens eine Wuchtgewichtelement in einer sich entlang der Rotationsachse erstreckenden Wuchtebene angeordnet ist, wobei diese Wuchtebene durch die Rotationsachse und durch eine an einer Turbinenschaufel angeordnete Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung verläuft.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung reduzieren sich bei entsprechender Ausgestaltung der Anordnung insbesondere auch Demontagearbeiten an einer Turbine, sollten Wuchtgewichtelemente nochmals ausgetauscht oder an Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtungen umpositioniert werden müssen.
Der Begriff "Wuchtebene" beschreibt im Sinne der Erfindung eine Ebene, in welcher das wenigstens eine Wuchtgewichtelement angeordnet ist, wobei bei einer Vielzahl solcher Wuchtgewichtelemente auch mehrere derartiger Wuchtebenen vorhanden sein können.
Vorteilhafterweise kann vorliegend eine Substitution speziell einer Werkwuchtebene insbesondere aus der Turbinenradscheibe heraus in die Turbinenlaufschaufel hinein vorgenommen werden, wodurch die Zugänglichkeit zu Wuchtgewichtelementen der Anordnung wesentlich verbessert ist.
Darüber hinaus können durch die Verlegung einer derartigen Wuchtebene auf einen größeren Durchmesser kleiner Wuchtgewichtelemente verwendet werden, so dass mit gleichen Wuchtgewichtmassen größere Unwuchten ausgeglichen werden können. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass zum Ausgleich von gleich großen Unwuchten kleine Wuchtgewichtelemente verwendet werden können.
Somit ist es vorteilhaft, wenn die sich entlang der Rotationsachse erstreckende Wuchtebene durch einen Schaufelfuß einer Turbinenlaufschaufel verläuft.
Es versteht sich, dass die Wuchtebene in der Turbinenradscheibe weitergeführt wird. Somit verlaufen diesbezügliche Wuchtgewicht-Aufnahmenuten nicht nur in den Schaufelfüßen verlaufen, sondern darüber hinaus in der Turbinenradscheibe weitergeführt werden, damit sich eine in sich geschlossene Ringnut bilden kann, in welcher die Wuchtgewichtelemente in Umfangsrichtung verteilt frei platziert werden können.
Kumulativ oder alternativ kann das wenigstens eine Wuchtgewichtelement in einer konzentrisch um die Rotationsachse verlaufenden gekrümmten Wuchtebene angeordnet sein, wobei die gekrümmte Wuchtebene durch einen Schaufelfuß der an der Turbinenradscheibe angeordneten Turbinenlaufschaufeln verläuft.
Insofern ist es vorteilhaft, wenn diese Wuchtebene radial auf Höhe eines Schaufelfußes einer Turbinenlaufschaufel angeordnet ist.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung kann an einem durch die sich entlang der Rotationsachse erstreckende Wuchtebene und durch die konzentrisch um die Rotationsachse verlaufende gekrümmte Wuchtebene erzeugten Schnittpunkt angeordnet sein.
Die gekrümmte Wuchtebene kann radial außerhalb der Turbinenradscheibe angeordnet sein, so dass das wenigstens eine Wuchtgewicht radial noch weiter außen angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäß radial weiter außen liegende Wuchtebene kann eine einer Turbinenradscheibe innewohnende Unwucht noch besser ausgeglichen werden. Dies liegt im Besonderen daran, dass mittels des bezüglich der Rotationsachse der Turbinenwelle auf einem größeren Durchmesser angeordneten Wuchtgewichtelements eine derartige Unwucht wesentlich effektiver ausgeglichen werden kann.
Besonders gut kann die vorliegende Anordnung ausgewuchtet werden, wenn eine an der Turbinenradscheibe und/oder an der Turbinenwelle angeordnete Materialaussparung und/oder Materialanhäufung zur Erzeugung einer Unwucht an der Turbinenradscheibe und/oder an der Turbinenwelle derart an der Turbinenradscheibe und/oder an der Turbinenwelle ausgestaltet sind, dass diese Unwucht mit wenigstens einem an der Turbinenlaufschaufel angeordneten Wuchtgewichtelement egalisierbar ist.
Vorteilhafterweise ist an der Turbinenradscheibe und/oder an der Turbinenwelle eine definierte Unwucht erzeugt, auf welche wenigstens ein Wuchtgewichtelement genauestens abgestimmt und darüber hinaus präzise vorherbestimmbar an wenigstens einer der Turbinenlaufschaufeln angeordnet bzw. platziert werden kann.
Eine derartige Unwucht kann beispielsweise durch entsprechende in einer Turbinenradscheibe eingebrachte Unwuchtbohrungen erzeugt werden. Diese Unwuchtbohrungen sind bevorzugt an definierten Lagen an der Turbinenradscheibe eingebracht, so dass einer hierdurch verursachte Unwucht gezielt durch eine entsprechend positionierte Turbinenlaufschaufel und/oder durch entsprechend an der Turbinenlaufschaufel positionierte Wuchtgewichtelemente ausgeglichen werden kann.
Um die durch diese Unwuchtbohrungen erzeugte Unwucht auszugleichen, werden eine oder mehrere mit einem oder mehreren Wuchtgewichtelementen ausgestattete Turbinenlaufschaufeln an die hierfür vorgesehenen Positionen an der Turbinenradscheibe befestigt.
Somit kann durch eine gezielte Kombination aus mit Unwuchtbohrungen bzw. allgemein mit Unwucht erzeugenden Mitteln versehenen Turbinenradscheiben und aus mit Wuchtgewichtelementen ausgerüsteten Turbinenlaufschaufeln ein besonders ruhiger Lauf eines Turbinenrotors an einer Turbine gewährleistet werden.
Es versteht sich, dass anstelle von solchen Unwuchtbohrungen, welche einen Materialabtrag an dem jeweiligen Bauteil erfordern, auch andere Mittel zum Erzeugen einer definierten Unwucht vorgesehen werden können, wie beispielsweise ein gezielter Materialauftrag.
Kumulativ oder alternativ kann auch eine Turbinenwelle derartige Unwucht erzeugende Mittel umfassen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Anordnung wenigstens eine Turbinenlaufschaufel nach einem der hier beschriebenen Merkmale umfasst. Aus Symmetriegründen ist es vorteilhaft, wenn alle Turbinenlaufschaufeln gleich sind.
Durch eine derart gestaltete Turbinenlaufschaufel kann die Wuchtebene entsprechend weit nach radial außen verlagert werden, so dass ein aufwändigeres Anordnen eines Wuchtgewichtelements an einer Turbinenradscheibe bzw. an einer Turbinenwelle überflüssig ist.
Insofern wird die Aufgabe auch von einer Turbine, insbesondere von einer Gasturbine, mit einer Vielzahl an Turbinenlaufschaufeln gelöst, wobei die Turbine wenigstens eine Turbinenlaufschaufel oder eine Anordnung nach einem der vorliegend erläuterten Merkmale umfasst.
Um beispielsweise die Wuchtebene konstruktiv einfach radial auf Höhe des Schaufelfußes der Turbinenlaufschaufel anordnen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung an dem Schaufelfuß der Turbinenlaufschaufel angeordnet ist.
Idealerweise wird das in der Turbinenlaufschaufel angeordnete Wuchtgewichtelement durch das Einschieben des Schaufelfußes in eine hierfür vorgesehene Turbinenfuß-Aufnahme gesichert.
Es versteht sich, dass die an der Turbinenlaufschaufel vorgesehene Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung unterschiedlich ausgestaltet sein kann, um ein Wuchtgewichtelement derart an der Turbinenlaufschaufel befestigen zu können, dass eine Anordnung aus einer Turbinenwelle, aus wenigstens einer hieran befestigten Turbinenradscheibe und aus hieran gehalterten Turbinenlaufschaufeln ausgewuchtet ist.
Bevorzugt weist die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung eine Wuchtgewicht-Aufnahmenut zum Aufnehmen des wenigstens einen Wuchtgewichtelements auf, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmenut quer zur Längserstreckung des Schaufelblatts angeordnet ist.
Entlang einer derartigen Wuchtgewicht-Aufnahmenut kann ein Wuchtgewichtelement für einen Auswuchtvorgang sehr einfach an die erforderliche Position verschoben werden.
Innerhalb der Wuchtgewicht-Aufnahmenut ist es darüber hinaus auch möglich bedarfsweise mehrere Wuchtgewichtelemente anzuordnen.
Bei einer ordnungsgemäß an der Turbinenradscheibe montierten Turbinenlaufschaufel erstreckt sich die Wuchtgewicht-Aufnahmenut bevorzugt in Umfangsrichtung dieser Turbinenradscheibe, so dass bei einer entsprechenden Ausgestaltung ein in der Wuchtgewicht-Aufnahmenut angeordnetes Wuchtgewichtelement in Umfangsrichtung der Turbinenradscheibe verschoben werden kann, um ein optimales Auswuchtergebnis erzielen zu können.
Kumulativ oder alternativ ist es möglich, dass die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung eine Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung zum Aufnehmen des wenigstens einen Wuchtgewichtelements aufweist, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung in Richtung der Längserstreckung des Schaufelblatts angeordnet ist.
Mittels einer solchen Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung gelingt es konstruktiv sehr einfach, ein Wuchtgewichtelement leicht einsteckbar an der Turbinenlaufschaufel zu haltern. Es versteht sich, dass das Wuchtgewichtelement bei entsprechender Ausgestaltung auch einschraubbar, einklemmbar oder dergleichen sein kann.
Sowohl die Wuchtgewicht-Aufnahmenut als auch die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung kann an unterschiedlichen Stellen der Turbinenlaufschaufel angeordnet sein.
Vorzugsweise befinden sich die Wuchtgewicht-Aufnahmenut und/oder die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung an dem Schaufelfuß, genauer gesagt innerhalb des Schaufelfußes, der Turbinenlaufschaufel.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung aus Richtung des Turbinenblatts zugänglich ist. Hierdurch können Wuchtgewichtelemente beispielsweise bereits bei vormontierten Turbinenlaufschaufeln gut in die jeweilige Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung eingesteckt bzw. aus dieser heraus genommen werden. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass die Konstruktion so ausgeführt ist, dass sich die Wuchtgewichtelemente bei einer Rotation der Turbinenradscheibe nicht aus ihren Aufnahmebohrungen lösen und fliehkraftbedingt nach radial außen abfliegen. Insofern muss eine geeignete Lagefixierung gewährleistet sein, zum Beispiel durch ein Gewinde, welches bevorzugt selbsthemmend ist, oder ähnlichem.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Vielzahl an Wuchtgewicht-Aufnahmebohrungen in Umfangsrichtung der Turbinenradscheibe nebeneinander angeordnet ist, da hierdurch ein Turbinenrotor noch präziser ausgewuchtet werden kann.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht nur hinsichtlich Turbinen sondern auch bezüglich Verdichter angewendet werden kann.
Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße mit Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtungen ausgerüstete Turbinenlaufschaufeln dargestellt und beschrieben sind. Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: schematisch eine Ansicht einer ersten Turbinenlaufschaufel mit einer an dem Schaufelfuß angeordneten und von der Bodenseite des Schaufelfußes her zugänglichen Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung;
Figur 2: schematisch eine Lageansicht von an in einer Turbinenlaufschaufel angeordneten vier Wuchtgewichtelementen und von in einer Turbinenradscheibe eingebrachten Unwucht erzeugenden Mitteln in Gestalt von drei Unwuchtbohrungen hinsichtlich einer fiktiven Anordnung aus einer Turbinenwelle, einer hieran angeordneten Turbinenradscheibe und von daran gehalterten Turbinenlaufschaufeln;
Figur 3: schematisch eine Ansicht einer weiteren Turbinenlaufschaufel mit einer an der Rückseite bzw. Stirnseite des Schaufelfußes angeordneten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung;
Figur 4: schematisch eine Ansicht einer alternativen Turbinenlaufschaufel mit einer an der Rückseite bzw. Stirnseite, aber außerhalb des Schaufelfußes angeordneten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung;
Figur 5: schematisch eine Ansicht eines mit einer Wuchtgewicht-Aufnahmenut versehenen Schaufelfußes einer Turbinenlaufschaufel;
Figur 6: schematisch eine um 90° gedrehte Ansicht des in der Figur 5 gezeigten Schaufelfußes;
Figur 7: schematisch eine perspektivische Ansicht eines in die in den Figuren 5 und 6 sowie 8 und 9 gezeigten Wuchtgewicht-Aufnahmenut einsteckbaren Wuchtgewichtelements;
Figur 8: schematisch einen Ausschnitt einer Montageansicht mit in einer Turbinenradscheibe gehalterten Turbinenlaufschaufeln aus den Figuren 5 und 6;
Figur 9: schematisch eine Schnittansicht des in der Figur 8 gezeigten Ausschnitts entlang der Schnittlinie B-B aus der Figur 8;
Figur 10: schematisch eine zu der in Figur 8 gezeigten Variante alternative und bevorzugte Möglichkeit zur Fixierung des Wuchtgewichtelements;
Figur 11: schematisch eine Ansicht einer anderen Turbinenlaufschaufel mit einer in einem oberen Bereich der Rückseite bzw. Stirnseite des Schaufelfußes angeordneten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung in Gestalt einer Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung;
Figur 12: schematisch eine Ansicht einer anderen alternativen Turbinenlaufschaufel mit einer an der Rückseite bzw. Stirnseite, aber außerhalb des Schaufelfußes angeordneten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung in Gestalt einer schräg verlaufenden Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung;
Figur 13: schematisch eine Ansicht einer wahlweisen Turbinenschaufel mit einer von der Bodenseite des Schaufelfußes zugänglichen Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung; und
Figur 14: schematisch eine um 90° gedrehte Ansicht der in der Figur 14 gezeigten Turbinenschaufel.

Die in der Figur 1 gezeigte erste Turbinenlaufschaufel 1 umfasst im Wesentlichen ein Schaufelblatt 2 und einen Schaufelfuß 3, wobei zwischen Letzterem und dem Schaufelblatt 2 eine Schaufelplattform 4 angeordnet ist.
In der Schaufelplattform 4 ist an seiner Unterseite 5, welche dem Schaufelfuß 3 zugewandt ist, eine Einstecknut 6 zum Einstecken eines hier nicht weiter gezeigten Dichtteils vorgesehen.
Das Schaufelblatt 2 erstreckt sich in Richtung entlang der Längserstreckung 7 der Turbinenlaufschaufel 1 ausgehend von der Schaufelplattform 4 bis zu seiner Schaufelblattspitze 8.
Der Schaufelfuß 3 ist ebenfalls an der Unterseite 5 der Schaufelplattform 4 angeordnet und dient der Befestigung an einer Turbinenradscheibe 10 (siehe beispielhaft Figur 2) eines Turbinenrotors 11, wobei die Turbinenradscheibe 10 wiederum auf einer Turbinenwelle 12 des Turbinenrotors 11 sitzt.
Erfindungsgemäß weist die in der Figur 1 gezeigte Turbinenlaufschaufel 1 an ihrem Schaufelfuß 3 eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 13 auf, in welcher wenigstens ein Wuchtgewichtelement 14 an der Turbinenlaufschaufel 1 gehaltert werden kann, um eine von der Turbinenradscheibe 10 und/oder von der Turbinenwelle 12 verursachten Unwucht egalisieren zu können.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 13 ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel als Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 ausgestaltet, in welcher das hierzu komplementäre Wuchtgewichtelement 14 eingesteckt und gehaltert werden kann.
Diese Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 ist zumindest in diesem Ausführungsbeispiel mittig der Mittellinie 16 der Turbinenlaufschaufel 1 in den Schaufelfuß 3 eingebracht.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 13 bzw. die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 ist von der Bodenseite 17 des Schaufelfußes 3 her zugänglich, so dass das Wuchtgewichtelement 14 entsprechend aus der Richtung 18, welche im Wesentlichen fluchtend zur Längserstreckung 7 der Turbinenlaufschaufel 1 verläuft, in die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 eingeführt werden kann.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 wird an der Bodenseite 17 verschlossen, sobald die Turbinenlaufschaufel 1 in eine entsprechende hier nicht gezeigte Turbinenfuß-Aufnahme (339, siehe aber Figur 8) an der Turbinenradscheibe 10 eingeschoben wird.
Wie gemäß der zu der Figur 1 korrespondierenden in der Figur 2 abstrahiert gezeigten Anordnung 20, welche aus der um die Rotationsachse 21 rotierenden Turbinenwelle 12 (Zuganker), aus der an der Turbinenwelle 12 befestigten Turbinenradscheibe 10 und der hieran jeweils in einer Turbinenfuß-Aufnahme (339, siehe Figur 8) gehalterten Turbinenlaufschaufeln 1 (siehe Figur 1) besteht, erkennbar ist, sind in der Turbinenradscheibe 10 zumindest in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft drei Unwuchtbohrungen 22 (nur exemplarisch beziffert) eingebracht, wobei diese drei Unwuchtbohrungen 22 Mittel 23 zur gezielten Erzeugung eine Unwucht an dem durch die schematisch dargestellte Anordnung 20 verkörperten Turbinenrotor 11 formulieren. Anstelle der Unwuchtbohrungen 22 können auch sonstig erzeugte Ausnehmungen oder Materialanhäufungen jeglicher Art zur Erzeugung einer diesbezüglichen Unwucht in Frage kommen.
Auf diese drei Unwuchtbohrungen 22 abgestimmt sind - bezogen auf die Rotationsachse 21 - radial 24 weiter außen beispielhaft vier in Umfangsrichtung 25 nebeneinander angeordnete Wuchtgewichtelemente 14 innerhalb einer der Turbinenlaufschaufeln 1 angeordnet. Bevorzugt umfassen alle Turbinenlaufschaufeln 1 Aufnahmemöglichkeiten für derartige Wuchtgewichtelemente 14.
Gemäß der in der Figur 2 abstrahiert dargestellten Anordnung 20 befindet sich jedes der beispielhaft gezeigten Wuchtgewichtelemente 14 (nur exemplarisch beziffert) in einer sich entlang der Rotationsachse 21 erstreckenden eigenen Wuchtebene 26 (exemplarisch gezeigt) angeordnet ist, bei welcher diese jeweilige Wuchtebene 26 in diesem Ausführungsbeispiel durch die Rotationsachse 21 und durch das jeweilige an der Turbinenlaufschaufel 1 angeordnete Wuchtgewichtelement 14 verläuft, wobei das jeweilige Wuchtgewichtelement 14 in der Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 in dem Schaufelfuß 3 angeordnet ist.
Insofern verläuft auch jede dieser Wuchtebenen 26 auch durch den Schaufelfuß 3 der Turbinenlaufschaufel 1.
Darüber hinaus sind die Wuchtgewichtelemente 14 in einer konzentrisch um die Rotationsachse 21 verlaufenden gekrümmten Wuchtebene 30 angeordnet ist, wobei die gekrümmte Wuchtebene 30 durch den Schaufelfuß 3 der an der Turbinenradscheibe 10 angeordneten Turbinenlaufschaufeln 1 verläuft.
Jedenfalls ist die Turbinenradscheibe 10 durch das Einbringen von Hohlräumen, wie beispielsweise der drei Unwuchtbohrungen 22, derart modifiziert, dass eine hierdurch an der Anordnung 20 bzw. an dem diesbezüglichen Turbinenrotor 11 erzwungene Unwucht durch eine oder mehrere entsprechend durch die vier Wuchtgewichtelemente 14 modifizierte Turbinenlaufschaufel 1 kompensiert ist. Insofern erhält man an der Anordnung 20 insgesamt eine homogene Gewichtsverteilung, so dass die Anordnung 20 keine nennenswerte Unwucht besitzt. Somit können leicht "verstimmte" Turbinenrotoren 11 äußert einfach gewuchtet werden.
Es ist klar, dass die Anzahl der Stellen, an welchen Mittel 23 zur gezielten Erzeugung einer Unwucht vorgesehen sind, variiert werden können, so dass insbesondere jeder Turbinenradscheibe 10 ein eigener definierter Wuchtcharakter innewohnen kann. Diesem Wuchtcharakter entsprechend können mit Wuchtgewichtelementen 14 ausgestattete Turbinenlaufschaufeln 1 an der Turbinenradscheibe 10 angeordnet werden.
Bei der in der Figur 3 gezeigten alternativen Turbinenlaufschaufel 101 ist ebenfalls eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 113 an dem Schaufelfuß 103 vorhanden. Während bei der in der Figur 1 dargestellten ersten Turbinenlaufschaufel 1 die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 15 der Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 13 jedoch noch mittig der Mittellinie 16 platziert ist, ist die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 115 der Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 113 in den Bereich der Rückseite 135 bzw. einer der Stirnseiten des Schaufelfußes 103 verschoben, und zwar befindet sich die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 115 an der Rückseite 135 innerhalb des Schaufelfußes 103. Die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 115 erstreckt sich hierbei in Umfangsrichtung 25 (siehe Figur 2) einer hier nicht gezeigten Turbinenradscheibe (vgl. aber Figur 2), so dass ein darin eingesetztes Wuchtgewichtelement (nicht gezeigt) in diese Umfangsrichtung 25 verschoben werden kann, um hinsichtlich einer präzisen Auswuchtung entsprechend platziert werden zu können.
Bei der in der Figur 4 gezeigten weiteren Turbinenlaufschaufel 201 ist die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 213 ebenfalls an der Rückseite 235 des Schaufelfußes 203 platziert, wobei sich die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 215 der Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 213 jedoch nicht innerhalb des Schaufelfußes 203 befindet, sondern außen an die Rückseite 235 angesetzt ist.
Insofern ist die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 213 axial in Richtung der Rotationsachse 21 (vgl. Figur 2) aus der Turbinenlaufschaufel 201 herausgezogen, aber dennoch an dem Schaufelfuß 203 angeordnet.
Zudem gelingt es hierdurch auf konstruktiv einfache Weise, dass ein innerhalb des Schaufelfußes 203 verlaufender Kräftefluss nicht durch die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 215 gestört bis unterbrochen wird.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 213 weist zur Realisierung der außerhalb des Schaufelfußes 203 liegenden Wuchtgewicht-Aufnahmenut 215 zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende und von einem Wuchtgewichtelement hintergreifbare Nutstege 236 und 237 auf, welche die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 215 oben und unten begrenzen.
Bei dem in den Figuren 5 bis 9 gezeigten anderen Ausführungsbeispiel besitzt der Schaufelfuß 303 der dort illustrierten Turbinenlaufschaufel 301 einen tannenbaumförmig ausgebildeten Fußkörper 338, wobei sich die Wuchtgewicht-Aufnahmenut 315 der an dem Schaufelfuß 303 eingearbeiteten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 313 wieder in Umfangsrichtung 325 der in der Figur 8 gezeigten Turbinenradscheibe 310 verläuft.
In dieser Wuchtgewicht-Aufnahmenut 315 kann das in der Figur 7 gezeigte Wuchtgewichtelement 314 eingesteckt werden, bevor die jeweilige Turbinenlaufschaufel 302 in eine hierfür an der Turbinenradscheibe 310 vorgesehenen Turbinenfuß-Aufnahme 339 eingeschoben wird.
Gemäß der Darstellung nach der Figur 8 ist gut zu erkennen, dass das beispielhaft in der Wuchtgewicht-Aufnahmenut 315 der linken Turbinenlaufschaufel 302 eingesteckte Wuchtgewichtelement 314 durch die sich gegenüberliegenden Seitenwände 340 und 341 der Turbinenfuß-Aufnahme 339 zentriert gehaltert ist.
Insofern wird das Wuchtgewichtelement 314 beim Einschieben der jeweiligen Turbinenlaufschaufel 302 in die dazugehörige Turbinenfuß-Aufnahme 339 in der Wuchtgewicht-Aufnahmenut 315 gesichert.
Wie die Darstellung nach der Figur 10 noch gut zeigt, kann bevorzugt durch die Turbinenradscheibe 310 und die daran festgelegten Turbinenlaufschaufeln 301 eine in Umfangsrichtung 325 umlaufende Ringnut 342 vorgesehen sein, so dass das darin eingesteckte Wuchtgewichtelement 314 sowohl bereichsweise in dem Fußkörper 338 als auch bereichsweise in der Turbinenradscheibe 310 gelagert ist, wodurch eine freie Positionierung des Wuchtgewichtelements 314 am gesamten Umfang realisiert werden kann. Es versteht sich, dass das Wuchtgewichtelement 314 durch entsprechend ausgebildete Fixiermittel (nicht gezeigt) in seiner Position fixiert ist.
Bei der in der Figur 11 gezeigten Turbinenlaufschaufel 401 ist an dem Schaufelfuß 403 eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 413 in Gestalt einer Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 zum Aufnehmen des wenigstens einen Wuchtgewichtelements 451 vorhanden, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 in Richtung der Längserstreckung 407 der Turbinenlaufschaufel 401 ausgerichtet ist.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 ist hierbei aus Richtung der Schaufelplattform 404 zugänglich, so dass das Wuchtgewichtelement 451 in einem vormontierten Zustand der Turbinenlaufschaufel 401 von oben in die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 hinein gesteckt bzw. aus dieser heraus genommen werden kann.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 weist in diesem Ausführungsbeispiel noch eine im Durchmesser vergrößerte Montagesenke 452 auf, so dass das Wuchtgewichtelement 451 leichter in die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 450 eingesteckt werden kann.
Das Wuchtgewichtelement 451 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel bei ordnungsgemäßer Montage der Turbinenlaufschaufel 401 selbst gesichert.
Es versteht sich, dass in Umfangsrichtung einer Turbinenradscheibe gesehen eine Vielzahl an solchen Wuchtgewicht-Aufnahmebohrungen 450 nebeneinander angeordnet sein können.
Um den Kräftefluss innerhalb des Schaufelfußes 503 der in der Figur 12 gezeigten Turbinenlaufschaufel 501 nicht unnötig zu behindern, ist die an der Turbinenlaufschaufel 501 vorgesehene Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 513 an der Rückseite 535 außerhalb des Schaufelfußes 503 platziert.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 513 zeichnet sich durch einen an der Rückseite 535 ausgeprägten Materialansatz 553 aus, in welchen die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 550 und die Montagesenke 552 eingebracht sind.
Die in den Figuren 13 und 14 gezeigte Turbinenschaufel 601 weist einen Schaufelfuß 603 mit einer oberseitig angeordneten eine Einstecknut 606 aufweisenden Schaufelplattform 604 auf, von welcher aus sich ein Schaufelblatt 602 der Turbinenschaufel 601 hochwärts erstreckt.
In dem Schaufelfuß 603 ist ebenfalls eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 613 angeordnet, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 613 in diesem Ausführungsbeispiel von der Bodenseite 617 des Schaufelfußes 603 her zugänglich ist.
Die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 613 umfasst hierbei mindestens eine Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 650, welche sich radial zur Rotationsachse (nicht gezeigt) einer Turbine (nicht gezeigt) erstreckt. Insofern verläuft die mindestens eine Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 650 in Richtung der Längserstreckung des Schaufelblattes 602.
Damit das oder die Wuchtgewichte aus Richtung der Bodenseite 617 in die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 613 eingelegt bzw. eingeschoben werden können, muss die Turbinenschaufel 601 aus ihrer Turbinenfuß-Aufnahme (nicht gezeigt) einer Turbinenradscheibe (nicht gezeigt) heraus genommen werden.
Im ordnungsgemäß und fertig montierten Zustand ist die mindestens eine Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung 650 durch die Turbinenradscheibe verschlossen, so dass ein Wuchtgewichtelement (nicht gezeigt) nicht verloren gehen kann. Im Betrieb der Turbine wird dieses Wuchtgewichtelement durch die dann wirkenden Fliehkräfte zusätzlich in den Schaufelfuß 603 in Richtung des Schaufelblatts 602 hinein gedrückt.
Alternativ kann das jeweilige Wuchtgewichtelement oder auch ein zusätzliches Wuchtgewichtelement (ebenfalls nicht gezeigt) auch stirnseitig, das heißt, von der Vorderseite 660, welche der Rückseite 635 gegenüberliegt, aus durch eine zusätzliche Montagebohrung 661 der Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung 613 hindurch in den Schaufelfuß 603 eingebracht werden. Hierzu muss lediglich ein nicht dargestelltes Schaufelsicherungsblech, welches in der Einstecknut 606 und in einer unteren Einstecknut 662 gehaltert ist, demontiert werden.
Ist dieses Schaufelsicherungsblech hingegen ordnungsgemäß in die Einstecknuten 606 und 662 eingesetzt, dient es zusätzlich zu seiner Haltesicherung des Schaufelfußes 603 gegenüber der Turbinenfuß-Aufnahme zumindest in Bezug auf dieses zusätzliche Wuchtgewichtelement als Verliersicherung, so dass das zusätzliche Wuchtgewichtelement aus der zusätzlichen Montagebohrung 661 nicht herausfallen kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch diese offenbarten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) mit einem Schaufelblatt (2; 602) und einem Schaufelfuß (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) zum Anordnen an einer Turbinenradscheibe (10; 310) einer Turbinenwelle (12),
wobei die Turbinenlaufschaufel (1) eine Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313; 413; 513; 613) zum Haltern wenigstens eines Wuchtgewichtelements (14; 314; 451; 551) an der Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) aufweist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach Anspruch 1,
wobei an der an der Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) angeordneten Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313; 413; 513; 613) wenigstens ein Wuchtgewichtelement (14; 314; 451; 551) angeordnet ist, mittels welcher eine der Turbinenradscheibe (10; 310) und/oder der Turbinenwelle (12) innewohnende Unwucht egalisierbar ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313; 413; 513; 613) an dem Schaufelfuß (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) der Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) angeordnet ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313) eine Wuchtgewicht-Aufnahmenut (15; 115; 215; 315) zum Aufnehmen des wenigstens einen Wuchtgewichtelements (14; 314) aufweist, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmenut (15; 115; 215; 315) quer zur Längserstreckung (7; 407) des Schaufelblatts (2) angeordnet ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (413; 513; 613) eine Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung (450; 550; 650) zum Aufnehmen des wenigstens einen Wuchtgewichtelements (451; 551) aufweist, wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung (450; 550; 650) in Richtung der Längserstreckung (7; 407) des Schaufelblatts (2) angeordnet ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmenut (15; 115; 215; 315) und/oder die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung (450; 550) innerhalb des Schaufelfußes (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) angeordnet sind.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmenut (215) oder die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung (550) außen an dem Schaufelfuß (203; 503) angeordnet ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei die Wuchtgewicht-Aufnahmebohrung (450; 550) aus Richtung des Schaufelblatts (2) zugänglich ist.
Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
wobei eine Vielzahl an Wuchtgewicht-Aufnahmebohrungen (450; 550; 650) in Umfangsrichtung (25; 325) der Turbinenradscheibe (10; 310) nebeneinander angeordnet ist.
Anordnung (20) aus einer um eine Rotationsachse (21) rotierbaren Turbinenwelle (12) einer Turbine, insbesondere einer Gasturbine,
aus einer an dieser Turbinenwelle (12) angeordneten Turbinenradscheibe (10; 310),
aus einer Vielzahl von an der Turbinenradscheibe (10; 310) angeordneten Turbinenlaufschaufeln (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601),
sowie aus wenigstens einem Wuchtgewichtelement (14; 314; 451; 551) zum Egalisieren einer durch die Turbinenwelle (12) und/oder durch die Turbinenradscheibe (10; 310) verursachten Unwucht, bei welcher das wenigstens eine Wuchtgewichtelement (14; 314; 451; 551) in einer sich entlang der Rotationsachse (21) erstreckenden Wuchtebene (26) angeordnet ist,
wobei diese Wuchtebene (26) durch die Rotationsachse (21) und durch eine an einer Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) angeordnete Wuchtgewicht-Aufnahmeeinrichtung (13; 113; 213; 313; 413; 513; 613) verläuft.
Anordnung (20) nach Anspruch 10,
wobei die sich entlang der Rotationsachse (21) erstreckende Wuchtebene (26) durch einen Schaufelfuß (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) einer Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) verläuft.
Anordnung (20) nach Anspruch 10 oder 11,
wobei das wenigstens eine Wuchtgewichtelement (14; 314; 451; 551) in einer konzentrisch um die Rotationsachse (21) verlaufenden gekrümmten Wuchtebene (30) angeordnet ist, und wobei die gekrümmte Wuchtebene (30) durch einen Schaufelfuß (3; 103; 203; 303; 403; 503; 603) der an der Turbinenradscheibe (10; 310) angeordneten Turbinenlaufschaufeln (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) verläuft.
Anordnung (20) nach Anspruch 10 bis 12,
wobei eine an der Turbinenradscheibe (10; 310) und/oder an der Turbinenwelle (12) angeordnete Materialaussparung und/oder Materialanhäufung zur Erzeugung einer Unwucht an der Turbinenradscheibe (10; 310) und/oder an der Turbinenwelle (12) derart an der Turbinenradscheibe (10; 310) und/oder an der Turbinenwelle (12) ausgestaltet sind, dass diese Unwucht mit wenigstens einem an der Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) angeordneten Wuchtgewichtelement (14; 314; 451; 551) egalisierbar ist.
Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei die Anordnung (20) wenigstens eine Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.
Turbine,
insbesondere Gasturbine,
mit einer Vielzahl an Turbinenlaufschaufeln (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601),
wobei die Turbine wenigstens eine Turbinenlaufschaufel (1; 101; 201; 301; 401; 501; 601) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eine Anordnung (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 14 umfasst.