EP3194725A1 - Rotor, axialverdichter, verfahren zur montage - Google Patents

Rotor, axialverdichter, verfahren zur montage

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EP3194725A1
EP3194725A1 EP15788071.7A EP15788071A EP3194725A1 EP 3194725 A1 EP3194725 A1 EP 3194725A1 EP 15788071 A EP15788071 A EP 15788071A EP 3194725 A1 EP3194725 A1 EP 3194725A1
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EP
European Patent Office
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rotor
blade
shaft
cover
rbs
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EP15788071.7A
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Viktor Hermes
Rosario Montante
Erich Muranyi
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP3194725B1 publication Critical patent/EP3194725B1/de
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    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F04D29/322—Blade mountings

Definitions

  • Rotor, axial compressors, method for mounting The invention relates to a rotor of a multi-stage axial compressor, which extends along a rotational axis, the rotor having a shaft, said shaft having drive vane ⁇ , wherein adjacently arranged in peripheral direction and at the Laufschaufelnuten each case by means of a blade root attached to the rotor blades of the rotor depending ⁇ wells form a blade stage, said axial rear reinan ⁇ the at least two blade stages are provided and which extends in the peripheral direction
  • the rotor comprises an interspace cover which surrounds the intermediate blades raumnuten covers, wherein the space cover is formed segmented in the circumferential direction in space cover segments, wherein the space cover segments are positively
  • the invention also relates to an axial compressor and a method for mounting the axial compressor with the above Ro ⁇ tor.
  • Shaft of an axial compressor provides that an extending in the circumferential direction groove with undercuts on the shaft is provided and the rotating blades with a corresponding also undercut trained foot at a certain circumferential position radially into this circumferential groove at a threading point in a certain scope - Position are introduced and then to the ready for the assembled shaft or for the fully assembled rotor intended circumferential end position to be moved.
  • the feet of the blades are hereby regularly formed as Hammerkopffuß and the connection of the shaft with the blade is positively.
  • a less reliable connection can also take place by means of non-undercut trained blade feet on the shaft, for example by means of locking pins, which plug in the axial direction connect a shaft shoulder with a drilled in the axial direction blade foot positively.
  • Such training is for example from the
  • Axially between the two blade stages of a compressor of the above type is regularly seen before ⁇ a guide blade stage, which aligns the process of the axial compressor through the process fluid for entry into the downstream run ⁇ blade stage accordingly.
  • the advantage of a blade which is fastened in a circumferential groove extending in the circumferential direction lies in the low production expenditure , since the bypass groove can be produced by a simple turning operation.
  • the foot geometry as a hammer head which is regularly provided for positive fastening in higher-loaded axial compressors, in conjunction with the circumferential groove in the shaft and the orientation of the blade on the rotor in such a way that only a limited contact surface between the shaft material and the Blade ⁇ foot material for transmitting forces from the blade to the shaft is available.
  • each is an individual ⁇ blade only to the number of running blades of a stage above the circumferential small circumferential segment is available, the power to the undercut in the circumferential groove to übertra ⁇ gene.
  • This is by means of the undercut of the foot in the geometry of the hammer head foot established that the width in the circumferential direction of the izoflä ⁇ surfaces of the undercut can not go beyond the width of the circumferential segment.
  • Demen Schemeend acts for the transmission of forces available geometry of the circumferential groove with the Hammerkopffuß limiting the rotational speed and the diameter of the rotor at a certain mass of the blade.
  • the insertion direction runs obliquely to a rotation axis of the rotor at an angle which is particularly advantageous mechanically for the alignment of the blade leaf and the blade root.
  • the fastening ⁇ grooves of such a blade attachment is not incorporated by means of a rotary process in the shaft son ⁇ countries are milled in the shaft or generated in a different way.
  • integrally formed shaft that is not single
  • the attachment groove opens into the circumferential groove.
  • a circumferential groove can also a wave heel be provided.
  • the separate for each blade mounting grooves are also designed as Tannbaumnuten. Tannbaumnuten already be ⁇ known from US 2014/0037396 Al.
  • the circumferential groove is characterized by the invention as a gap groove ⁇ and affects aerodynamically loss-enhancing at a flow through the Axialver.
  • the raumnut intermediate ⁇ is also therefore covered by means of a guide blade to the flow channel out.
  • the guide vane cover strip is fastened here as a stationary component of circumferentially extending individual segments at the radially inner tips of the guide vanes.
  • the invention has set itself the task of creating a rotor of an axial compressor, which avoids the aforementioned disadvantages of the prior art.
  • an axial compressor is proposed with such a rotor according to the invention.
  • the invention proposes a method for manufacturing an axial compressor with a rotor according to the invention.
  • a multi-stage axial compressor according to the invention is of a process fluid flows axially substantially in the compression ⁇ gradually and there is from the last stage of sealing Ver ⁇ a substantially axial outflow.
  • the individual compression stages typically include a vane stage and a blade stage.
  • the invention means the axis about which the rotor of the axial compressor is rotatably formed. Unless stated otherwise, this data refers to all data relating to an axis, such as axial, radial, circumferential direction, tangential.
  • the individual blades of a rotor blade stage of the rotor are fastened by means of a blade root to the shaft of the rotor, wherein the blade root is attributable to the rotor blade.
  • each blade stage is assigned at least one in the circumferential direction extending gap groove in the shaft.
  • This gap groove is covered according to the invention by means of a space cover radially outward.
  • Another expedient development of the invention provides that a clearance groove two adjacent Laufschau ⁇ felmen are assigned, so that the blade stages for mounting the blades on each blade grooves on pointing, which open for both blade stages in the same circumferential groove.
  • a clearance groove two adjacent Laufschau ⁇ fel caren are assigned, so that the blade stages for mounting the blades on each blade grooves on pointing, which open for both blade stages in the same circumferential groove.
  • it is possible in this way only in every second space between blade stages provide a clearance groove for mounting the run ⁇ blades. In this way, it is conceivable that intermediate spaces between blade stages in alternating sequence each have a clearance groove and have no clearance groove.
  • a cover of the space groove by means of the space covers such that a substantially continuous radial transition in the axial direction of the radially outer surface between the upstream run ⁇ blade stage and the space cover and the space cover and the downstream Schaufelstu ⁇ fe results.
  • the advantages of the invention come to the fore, because between the space cover and the shaft main body or the shaft no movement gaps are provided, since the space cover with the shaft forms a firm connection and is mounted with-rotating.
  • the shaft is formed over at least the axial Ab ⁇ section of two blade stages and a clearance groove as a one-piece component.
  • the shaft is formed as a one-piece axially undivided component on the axial compressor.
  • the application of the invention is not to the same extent is beneficial because the slice-wise composition of the rotor offers ⁇ greater opportunities to cover the gap.
  • Preferred is therefore an axially at least partially unge ⁇ divided, in particular massive one-piece shaft design over several blade stages.
  • a further advantageous embodiment provides that the interspace cover is arranged and designed such that the rotor blades are secured in the axial end position in the blade groove against displacement by means of the interspace cover.
  • the space cover fulfills not only the aerodynamic function of the flow guidance but also the mechanical function of securing the rotor blade in the intended axial position on the rotor. In this case, it is conceivable for the blade feet of the rotor blade to rest against the intermediate space cover or to come into contact with the respective space cover with play. A corresponding axial clearance fit or
  • Press fit may be provided constructively for this purpose. While the blade feet are positively anchored to a radial disengagement on the shaft, a positive obstruction of an axial movement of the blades results through the gap cover. Particularly useful is a design of the blade feet as so-called Tannenbaumfpune, so that in comparison to a Hammerkopffuß radial successively arranged several surfaces of the Christmas tree root abut against corresponding contact surfaces of the sliding fine.
  • each septum space cover segments form fit to the shaft are attached.
  • each septraumabdeckungsseg ⁇ ment be equipped with a hammer foot, which can be used in a ent ⁇ speaking extending in the circumferential direction shaping the gap.
  • An expedient development of the invention provides that at least one gap lock ⁇ piece is provided for each insectsnut that at a particular first circumferential position of insects is arranged at the Eisenraumnut for the purpose of the radial insertion of the interim ⁇ rule space cover segments is different designed as over the remaining circumference of the shaft.
  • the intermediate raumnut at least partially extending having over the circumference a first undercut which is provided with a second undercut of the gap cover segment form ⁇ conclusively ⁇ sammenhabilitd formed blocking in the radial direction movement.
  • the space lock piece is used to cover the gap at this circumferential position and at the same time set the respective circumferential position of all insectsraumabde ⁇ ckungssegmente, which are arranged in this space groove.
  • the interspace lock piece can in this case be fastened by means of a screw connection against a radial disengagement on the shaft.
  • the gap groove advantageously has no first undercut.
  • the axial compressor according to the invention provides that radially opposite the Eisenraumnut and the axially adjacent to at least a moving blade stage arranged guide vane stage ⁇ the local guide vanes are formed as free-standing Leitschau ⁇ feln without a shroud.
  • the invention also proposes a method for mounting this rotor, which is particularly applicable for the inventive design of the rotor. sector.
  • a wave is thereby provided ⁇ which is fitted in a second step with the rotor blades to be inserted with the blade roots radially into the interim ⁇ schenraumnuten and then vane means of single-shifting of the blade roots of the rotor blades in the running ⁇ be attached.
  • the axial position of the blade feet or blades on the shaft of the rotor is then secured by means of mounting the space cover segments form fit to the shaft.
  • Figure 1 is a schematic three-dimensional view of two adjacent blade stages and a clearance groove with clearance cover
  • Figure 2 is a schematic three-dimensional view of two adjacent blade stages with intermediate therebetween gutter and a space cover in a further embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of second adjacent blade stages of an axial compressor with a guide blade stage located therebetween in the region of the intermediate space with a clearance groove and a clearance cover.
  • Figures 1 and 2 each show different variants of the invention with reference to two adjacent blade stages RBS in a schematic three-dimensional view.
  • 3 shows a schematic longitudinal section through two adjacent blade stages RBS of an axial compressor ACO, which is only partially shown here.
  • the blade stages RBS are each represented only as a single blade RB, along a circumferential direction CD actually several blades arranged side by side result in a blade stage RBS.
  • a shaft SH of a rotor R of an axial compressor ACO he ⁇ extends along a rotational axis X.
  • jeweili ⁇ gen representations is shown in each case listed in axial sequence: a rotor blade stage RBS, a gap with egg ⁇ ner amraumnut and a gap cover IC and another Blade level RBS.
  • the blade stages is reproduced radially opposite the IG bacteriaraumnut a vane stage comprising vanes GVS GV.
  • the guide vanes GV are formed without a circumferentially extending radially inside the guide vane befindliches shroud and accordingly ⁇ freestanding.
  • the blades RB are each connected positively in the blade grooves RBG with the shaft SH.
  • blade roots RBF are introduced into the blade grooves RBG, which prevent a radial disengagement of the blades RB from the shaft SH of the rotor R.
  • the Laufschaufel Stahl- SSE RBF are formed in the shape of a hammer head and korres ⁇ pondieren in the mold with the Laufschaufelnut in the shaft SH, so that the undercuts of the hammer head foot with which the Laufschaufelnut a positive connection ge ⁇ gen form an axial disengagement.
  • the blade root can also be designed as a fir tree root or have another shape with undercuts. Between the two blade stages RBS is a gap groove IG in the shaft SH, which extends in the direction CD.
  • the blade grooves wherein a blade groove RBG is provided for each blade RB, Mün ⁇ all in this insectraumnut IG.
  • a single breeding knife IG is provided for mounting the Laufschaufein RB for two blade stages RBS, on both sides of the gap groove IG.
  • the rotor blades are radially inserted RB ⁇ leads with its blade root in the RBF pregnantraumnut IG and then inserted axially substantially in the running ⁇ blade groove RBG. After all the are positioned in their final position in the rotor R and the shaft SH, the gap cover IC for Ab ⁇ cover the insectsnut IG radially outward to the Wel ⁇ le SH and the rotor R is mounted.
  • individual intermediate space cover segments of the falraumabde ⁇ ckung IC can be mounted in the areas where the blades RB have already been introduced using the Eisenraumnut IG and demenschend secured in Endpositi ⁇ on against axial displacement by means of the gap cover segments ICS.
  • the Swissraumabde ⁇ ckungssegmente ICS close the septraumnut IG of the ⁇ art, that a substantially smooth and continuous transition in the axial direction between the upstream blade stage RBS and the insectsnut IG or the intermediate compartment cover IC and the downstream moving blade stage RBS is given.
  • the space cover segments ICS are positively attached to the shaft SH.
  • Undercut LI of the space groove IG can be introduced in the circumferential direction.
  • the clearance groove has no first undercut LI, so that a radial insertion of the hammerhead foot of the clearance cover segments ICS is possible.
  • An alternative to the hammerhead feet of Figure 1 shows a reproduced in Figure 2 variant of the invention, where the insectsabde ⁇ ckungssegmente ICS have an omega shape and the second undercut L2 extends beyond the axial region of the Eisenraumnut IG addition.
  • the corresponding first circumferential position is not shown in FIG. 2, but for the purpose of radial insertion, the interstice cover segment must be provided.
  • Have ICS recesses extending axially into the region of the blade stages RBS.
  • FIG. 3 shows one way in which a gap cover segment ICS may be formed at the first circumferential position as a gap lock piece ICL and fastened to the shaft SH.
  • the gap lock piece ICSL is secured radially by means of a screw SR and against displacement in the circumferential direction. In this way, all gap cover segments ISC are positively fixed in the circumferential position.
  • all clearance Cover ⁇ ICS segments are fixed by a screw on the shaft SH SR ⁇ to additionally or exclusively, in a particular embodiment of the invention without further form closure against radial disengagement.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor (R) eines mehrstufigen Axialverdichters (ACO), der sich entlang einer Rotationsachse (X) erstreckt, wobei der Rotor (R) eine Welle (SH) aufweist, wobei die Welle (SH) Laufschaufelnuten (RBG) aufweist, wobei in Umgangsrichtung (CD) nebeneinander angeordnete und an den Laufschaufelnuten (RBG) jeweils mittels eines Schaufelfußes (RBF) befestigte Laufschaufeln (RB) des Rotors (R) jeweils eine Laufschaufelstufe (RBS) bilden, wobei axial hintereinander mindestens zwei Laufschaufelstufen (RBS) vorgesehen sind und axial zwischen den beiden Laufschaufelstufen (RBS) eine sich in Umgangsrichtung erstreckende Zwischenraumnut (IG) in der Welle (SH) vorgesehen ist, wobei die Laufschaufelnuten (RBG) in die Zwischenraumnuten (IG) einmünden und diese Anordnung derart ausgebildet ist, dass Schaufelfüße (RBF) der Laufschaufeln (RB) radial in die Zwischenraumnuten (IG) eingeführt werden können und von dort in die Laufschaufelnuten (RBG) einschiebbar sind. Zur Verbesserung der Aerodynamik und zur Vereinfachung der Montage wird Vorgeschlagen, dass der Rotor (R) eine Zwischenraumabdeckung (IC) umfasst, die die Zwischenraumnuten (IG) abdeckt, wobei die Zwischenraumabdeckung (IC) in Umfangsrichtung (CD) in Zwischenraumabdeckungssegmente (ICS) segmentiert ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Rotor, Axialverdichter, Verfahren zur Montage Die Erfindung betrifft einen Rotor eines mehrstufigen Axialverdichters, der sich entlang einer Rotationsachse erstreckt, wobei der Rotor eine Welle aufweist, wobei die Welle Lauf¬ schaufelnuten aufweist, wobei in Umgangsrichtung nebeneinander angeordnete und an den Laufschaufelnuten jeweils mittels eines Schaufelfußes befestigte Laufschaufeln des Rotors je¬ weils eine Laufschaufelstufe bilden, wobei axial hintereinan¬ der mindestens zwei Laufschaufelstufen vorgesehen sind und axial zwischen den beiden Laufschaufelstufen eine sich in Umgangsrichtung erstreckende Zwischenraumnut in der Welle vor- gesehen ist, wobei die Laufschaufelnuten in die Zwischenraumnuten einmünden und diese Anordnung derart ausgebildet ist, dass Schaufelfüße der Laufschaufeln radial in die Zwischenraumnuten eingeführt werden können und von dort in die Laufschaufelnuten einschiebbar sind, wobei der Rotor eine Zwi- schenraumabdeckung umfasst, die die Zwischenraumnuten abdeckt, wobei die Zwischenraumabdeckung in Umfangsrichtung in Zwischenraumabdeckungssegmente segmentiert ausgebildet ist, wobei die Zwischenraumabdeckungssegmente formschlüssig an der Welle befestigt sind.
Daneben betrifft die Erfindung auch einen Axialverdichter und ein Verfahren zur Montage des Axialverdichters mit obigem Ro¬ tor . Die häufigste Befestigung von Schaufeln an einer massiven
Welle eines Axialverdichters sieht vor, dass eine sich in Um- fangsrichtung erstreckende Nut mit Hinterschneidungen an der Welle vorgesehen ist und die rotierenden Laufschaufeln mit einem entsprechenden ebenfalls hinterschnitten ausgebildeten Fuß an einer bestimmten Umfangsposition radial in diese Um- fangsnut an einer Einfädelstelle in einer bestimmten Umfangs- position eingeführt werden und anschließend an die für die fertig montierte Welle bzw. für den fertig montierten Rotor vorgesehene Umfangsendposition verschoben werden. Die Füße der Laufschaufeln sind hierbei regelmäßig als Hammerkopffuß ausgebildet und die Verbindung der Welle mit den Schaufel ist formschlüssig .
Die Hammerkopffuß-Verbindung ist bereits aus der
US 8,858,181 B2 bekannt.
Eine weniger belastbare Verbindung kann auch mittels nicht hinterschnitten ausgebildeter Schaufelfüße an der Welle erfolgen, beispielsweise mittels Steckbolzen, die in axialer Richtung eingesteckt einen Wellenabsatz mit einem in axialer Richtung gebohrten Schaufelfuß formschlüssig verbinden. Eine derartige Ausbildung ist beispielsweise aus der
US 2, 671, 634 bekannt .
Aus der DE69525014T2 ist es bereits bekannt, massive Rotoren von Turbomaschinen mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nutabdeckungen zwischen den Laufschaufelstufen versehen.
Axial zwischen den beiden Laufschaufelstufen eines Verdichters obiger Bauart ist regelmäßig eine Leitschaufelstufe vor¬ gesehen, die das den Axialverdichter durchströmende Prozess- fluid für den Eintritt in die stromabwärts gelegene Lauf¬ schaufelstufe entsprechend ausrichtet. Der Vorteil einer sich in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Umfangsnut befestigten Laufschaufel liegt in dem geringen Fertigungsauf¬ wand, da die Umgangsnut durch eine einfache Drehbearbeitung hergestellt werden kann. Die Fuß-Geometrie als Hammerkopf, der regelmäßig zur formschlüssigen Befestigung bei höher belasteten Axialverdichtern vorgesehen wird, wirkt sich in Verbindung mit der Umfangsnut in der Welle und der Ausrichtung der Schaufel an dem Rotor derart aus, dass nur eine begrenzte Kontaktfläche zwischen dem Wellenwerkstoff und dem Schaufel¬ fußwerkstoff zur Übertragung von Kräften von der Schaufel auf die Welle zur Verfügung steht. Insbesondere steht jeder ein¬ zelnen Laufschaufel nur ein entsprechend der Anzahl der Lauf- schaufeln einer Stufe über dem Umfang geringes Umfangssegment zur Verfügung, mittels der Hinterschneidung des Fußes die Kraft auf die Hinterschneidung in der Umfangsnut zu übertra¬ gen. Hierbei liegt es in der Geometrie des Hammerkopffußes begründet, dass die Breite in Umfangsrichtung der Anlageflä¬ chen der Hinterschneidung nicht über die Breite des Umfangs- segmentes hinaus gehen kann. Demensprechend wirkt die zur Kräfteübertragung zur Verfügung stehende Geometrie der Umfangsnut mit dem Hammerkopffuß einschränkend auf die Drehzahl und den Durchmesser des Rotors bei einer bestimmten Masse der Laufschaufel . Werden die spezifischen Kräfte zu hoch, ist es bekannt, die Laufschaufein an der Welle nicht mehr mittels einer Umfangsnut formschlüssig zu befestigen sondern mittels einer im Wesentlichen axial - tangential verlaufenden geson- derten Befestigungsnut für jede einzelne Laufschaufel an der Welle. Diese Befestigungsnut in der Welle für die LaufSchau¬ fel kann hierbei gradlinig oder gebogen mit einem konstanten Radius ausgebildet sein. Die Laufschaufein werden in diese Befestigungsnuten mit einem mit Hinterschneidungen versehenen Laufschaufelfuß hineingeschoben, wobei eine Bewegungsrichtung der Einschubbewegung mit zumindest einer Axialkomponente vorgesehen ist. In der Regel verläuft die Einschubrichtung schräg zu einer Rotationsache des Rotors mit einem Winkel, der für die Ausrichtung des Schaufelblattes und des Schaufel- fußes mechanisch besonders vorteilhaft ist. Die Befestigungs¬ nuten für eine derartige Laufschaufelbefestigung werden nicht mittels eines Drehverfahrens in die Welle eingearbeitet son¬ dern werden in die Welle gefräst oder auf eine andere Weise erzeugt .
Bei einem massiven Rotor bzw. einer im Wesentlichen
einstückig ausgebildeten Welle, die nicht aus einzelnen
Scheiben axial zusammengesetzt ist, bedarf es zum Einschieben derartig ausgebildeter Laufschaufelfüße in entsprechende Be- festigungsnuten einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden
Nut zum radialen Einführen des Laufschaufelfußes vor dem Einschieben in die Befestigungsnut. Die Befestigungsnut mündet hierbei in die Umfangsnut. Statt einer Umfangsnut kann auch ein Wellenabsatz vorgesehen sein. Die für jede Schaufel gesonderten Befestigungsnuten werden auch als Tannbaumnuten ausgeführt . Aus der US 2014/0037396 AI sind bereits Tannbaumnuten be¬ kannt .
Die Umfangsnut wird von der Erfindung als Zwischenraumnut be¬ zeichnet und wirkt sich bei einer Durchströmung des Axialver- dichters aerodynamisch Verlust-steigernd aus. Die Zwischen¬ raumnut wird auch daher mittels eines Leitschaufeldeckbandes zum Strömungskanal hin abgedeckt. Das Leitschaufeldeckband ist hierbei als stehendes Bauteil aus sich in Umfangsrichtung erstreckenden Einzelsegmenten an den radial inneren Spitzen der Leitschaufeln befestigt. Nach radial innen wird das Leit¬ schaufelgitter der Leitschaufelstufe dementsprechend von die¬ sem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Deckband begrenzt, wobei der Rotor mit der radial äußeren Oberfläche dieses Deckbandes beim axialen Übergang von der Laufschaufelstufe in die Leitschaufelstufe im Wesentlichen keinen radialen Sprung aufweisen sollte. Da es sich bei dem Deckband um ein stehendes Bauteil handelt und eine entsprechende Wellendichtung zwischen dem Deckband und dem Rotor vorgesehen ist, sind entsprechende Bewegungsspalte zwischen dem Deckblatt und der Welle vorzusehen, die einen Axialspielbedarf und einen Radialspielbedarf berücksichtigen müssen. Diese Bewegungsspalte wirken beim Überströmen durch den Strömungskanal verluststeigernd. Die Lösung mittels Deckbändern der Leitschaufeln die Umfangsnuten des Rotors zwischen den Laufschaufelstufen abzu- decken ist zudem aufwändig, weil die Deckbänder und die Wel¬ lendichtungen komplex in der Herstellung und Montage sind.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Rotor eines Axialverdichters zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Rotor der eingangs definierten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs vorgeschlagen. Daneben wird ein Axialverdichter mit einem derartigen Rotor nach der Erfindung vorgeschlagen. Weiterhin schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Axialverdichters mit einem erfindungsgemäßen Rotor vor. Die jeweils rückbezogenen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Neben den durch explizite Rückbezüge und beispielhafte Erläuterungen aufgezeigten Merkmalskombinationen der Erfindung sind der Erfindung auch solche Kombinationen der offen- barten Merkmale zuzurechnen, die für den Fachmann sinnvoll sind aber nicht explizit oder identisch durch diese Rückbezü¬ ge und Ausführungsbeispiele offenbart sind.
Ein mehrstufiger Axialverdichter im Sinne der Erfindung wird von einem Prozessfluid im Wesentlichen in den Verdichtungs¬ stufen axial angeströmt und es erfolgt aus der letzten Ver¬ dichtungsstufe eine im Wesentlichen axiale Abströmung. Die einzelnen Verdichtungsstufen umfassen in der Regel eine Leitschaufelstufe und eine Laufschaufelstufe . Unter der Rotation- sachse versteht die Erfindung die Achse, um welche der Rotor des Axialverdichters drehbar ausgebildet ist. Auf diese Achse beziehen sich - wenn nicht anders angegeben - sämtliche auf eine Achse beziehbaren Angaben, wie axial, radial, Umfangs- richtung, tangential. Die einzelnen Laufschaufeln einer Lauf- schaufelstufe des Rotors sind mittels eines Schaufelfußes an der Welle des Rotors befestigt, wobei der Schaufelfuß der Laufschaufei zuzurechnen ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeder Laufschaufelstufe mindestens eine sich in Umfangsrich- tung erstreckende Zwischenraumnut in der Welle zugeordnet ist. Diese Zwischenraumnut wird erfindungsgemäß mittels einer Zwischenraumabdeckung nach radial außen hin abgedeckt. Eine andere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass einer Zwischenraumnut zwei benachbarte Laufschau¬ felstufen zugeordnet sind, so dass die Laufschaufelstufen zur Befestigung der Laufschaufeln jeweils Laufschaufelnuten auf- weisen, die für beide Laufschaufelstufen in die selbe Um- fangsnut einmünden. Bei einem mehrstufigen Axialverdichter mit einer Mehrzahl an Laufschaufelstufen ist es auf diese Weise möglich, nur in jedem zweiten Zwischenraum zwischen Laufschaufelstufen eine Zwischenraumnut zur Montage der Lauf¬ schaufeln vorzusehen. Auf diese Weise ist es denkbar, dass Zwischenräume zwischen Laufschaufelstufen in abwechselnder Reihenfolge jeweils eine Zwischenraumnut aufweisen und keine Zwischenraumnut aufweisen. Die Abfolge könnte beispielsweise derart aussehen: Laufschaufelstufe, Zwischenraumnut, Lauf- schaufelstufe, Zwischenraum ohne Zwischenraumnut, Laufschau¬ felstufe, Zwischenraumnut, Laufschaufelstufe.... Es ist auch denkbar, dass eine Mischform zwischen der Möglichkeit, zu jeder Laufschaufelstufe eine Zwischenraumnut zuzuordnen und ei¬ ne Zwischenraumnut zu genau zwei Laufschaufelstufen, die be¬ nachbart sind, zuzuordnen, vorgesehen ist. Eine derartige Mischform ist insbesondere bei einer ungeraden Anzahl von Laufschaufelstufen zweckmäßig.
Besonders zweckmäßig im Sinne einer geringen Verlustrate der Strömung ist eine Abdeckung der Zwischenraumnut mittels der Zwischenraumabdeckungen derart, dass ein im Wesentlichen kontinuierlicher radialer Übergang in Axialrichtung der radial äußeren Oberfläche zwischen der stromaufwärts gelegenen Lauf¬ schaufelstufe und der Zwischenraumabdeckung und der Zwischenraumabdeckung und der stromabwärts gelegenen Laufschaufelstu¬ fe sich ergibt. An dieser Stelle kommen die erfindungsgemäßen Vorteile besonders zum Vorschein, weil zwischen der Zwischenraumabdeckung und dem Wellengrundkörper bzw. der Welle keine Bewegungsspalte vorzusehen sind, da die Zwischenraumabdeckung mit der Welle eine feste Verbindung bildet und mit-rotierend angebracht ist. Hierbei ist es bei einer Lösung mit Leit- schaufeldeckbändern infolge der thermisch unterschiedlichen Expansionsausmaße und Expansionsrichtungen, insbesondere von stehenden und rotierenden Bauteilen, kaum möglich, einen Stolperkanten-freien Übergang zu erreichen. Erfindungsgemäß ist die Welle über mindestens den axialen Ab¬ schnitt zweier Laufschaufelstufen und einer Zwischenraumnut als einstückiges Bauteil ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Welle als ein einstückiges axial ungeteiltes Bauteil über den Axialverdichter ausgebildet. Für einen aus Scheiben aufgebauten Rotor, wie es im Bereich der Gasturbinen üblich ist, ist die Anwendung der Erfindung nicht in gleichem Ausmaß vorteilhaft, da die scheibenweise Zusammensetzung des Rotors an¬ dere Möglichkeiten bietet, den Zwischenraum abzudecken. Be- vorzugt ist daher eine axial zumindest abschnittsweise unge¬ teilte, insbesondere massive einstückige Wellenausführung über mehrere Laufschaufelstufen .
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Zwi- schenraumabdeckung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Laufschaufeln in der axialen Endposition in der Laufschaufelnut gegen ein Verschieben mittels der Zwischenraumabdeckung gesichert sind. Die Zwischenraumabdeckung erfüllt hierbei nicht nur die aerodynamische Funktion der Strö- mungsführung sondern auch die mechanische Funktion der Sicherung von Laufschaufein in der vorgesehenen Axialposition an dem Rotor. Hierbei ist es denkbar, dass die Schaufelfüße der Laufschaufein an der Zwischenraumabdeckung anliegen oder mit Spiel zu der jeweiligen Zwischenraumabdeckung in Kontakt tre- ten können. Eine entsprechende axiale Spielpassung oder
Presspassung kann zu diesem Zweck konstruktiv vorgesehen sein. Während die Laufschaufelfüße formschlüssig gegen ein radiales Ausrücken an der Welle verankert sind, ergibt sich eine formschlüssige Behinderung einer Axialbewegung der Lauf- schaufeln durch die Zwischenraumabdeckung. Besonders zweckmäßig ist eine Ausbildung der Laufschaufelfüße als sogenannte Tannenbaumfüße, so dass im Vergleich zu einem Hammerkopffuß radial hintereinander angeordnet mehrere Oberflächen des Tannenbaumfußes an entsprechenden Anlageflächen der Laufschau- feinuten anliegen.
Eine sinnvolle Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zwischenraumabdeckungssegmente formschlüssig an der Welle befestigt sind. Hierzu kann jedes Zwischenraumabdeckungsseg¬ ment mit einem Hammerfuß ausgestattet sein, der in eine ent¬ sprechende in Umfangsrichtung erstreckende Ausformung der Zwischenraumnut eingesetzt werden kann.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für jede Zwischenraumnut mindestens ein Zwischenraumschloss¬ stück vorgesehen ist, dass an einer bestimmten ersten Um- fangsposition der Zwischenraumnut angeordnet wird, an der die Zwischenraumnut zum Zwecke des radialen Einführens der Zwi¬ schenraumabdeckungssegmente anders ausgebildet ist als über den restlichen Umfang der Welle.
Hierbei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zwischen- raumnut zumindest teilweise sich über den Umfang erstreckend eine erste Hinterschneidung aufweist, die mit einer zweiten Hinterschneidung des Zwischenraumabdeckungssegments form¬ schlüssig in radialer Richtung eine Bewegung blockierend zu¬ sammenwirkend ausgebildet ist. Genau an dieser Stelle ist es sinnvoll, wenn das Zwischenraumschlossstück genutzt wird, den Zwischenraum an dieser Umfangsposition abzudecken und gleichzeitig die jeweilige Umfangsposition aller Zwischenraumabde¬ ckungssegmente, die in dieser Zwischenraumnut angeordnet sind, festzulegen. Das Zwischenraumschlossstück kann hierbei mittels einer Verschraubung gegen ein radiales Ausrücken an der Welle befestigt sind.
An dieser ersten bestimmten Umfangsposition weist die Zwischenraumnut vorteilhaft keine erste Hinterschneidung auf. Der erfindungsgemäße Axialverdichter sieht vor, dass radial gegenüber der Zwischenraumnut und der axial benachbart zu mindestens einer Laufschaufelstufe angeordneten Leitschaufel¬ stufe die dortigen Leitschaufeln als freistehende Leitschau¬ feln ohne Deckband ausgebildet sind.
Neben dem Rotor des Axialverdichters schlägt die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage dieses Rotors vor, das speziell anwendbar ist für die erfindungsgemäße Ausbildung des Ro- tors . In einem ersten Schritt wird hierbei eine Welle bereit¬ gestellt, die in einem zweiten Schritt mit den Laufschaufeln bestückt wird, die mit den Schaufelfüßen radial in die Zwi¬ schenraumnuten einzuführen sind und anschließend mittels Ein- Schiebens der Schaufelfüße der Laufschaufeln in die Lauf¬ schaufelnuten befestigt werden. Die axiale Position der Laufschaufelfüße bzw. Laufschaufeln an der Welle des Rotors wird danach mittels Montage der Zwischenraumabdeckungssegmente formschlüssig an der Welle gesichert.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher ver¬ deutlicht. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Ansicht zweier benachbarter Laufschaufelstufen und einer Zwischenraumnut mit Zwischenraumabdeckung,
Figur 2 eine schematische dreidimensionale Ansicht zweier benachbarter Laufschaufelstufen mit dazwischen angeordneter Zwischenraumnut und einer Zwischenraumabdeckung in einer weiteren Ausführungsvariante und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht zweiter benachbar- ter Laufschaufelstufen eines Axialverdichters mit einer dazwischen befindlichen Leitschaufelstufe im Bereich des Zwischenraums mit einer Zwischenraumnut und einer Zwischenraumabdeckung. Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils unterschiedliche Varianten der Erfindung anhand zweier benachbarter Laufschaufelstufen RBS in schematischer dreidimensionaler Ansicht. Die Figur 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch zwei benachbarte Laufschaufelstufen RBS eines Axialverdichters ACO, der hier nur ausschnittsweise dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Laufschaufelstufen RBS jeweils nur als eine einzige Laufschaufel RB wiedergegeben, wobei entlang einer Umfangsrichtung CD tatsächlich mehrere Laufschaufeln nebeneinander angeordnet eine Laufschaufelstufe RBS ergeben.
Eine Welle SH eines Rotors R eines Axialverdichters ACO er¬ streckt sich entlang einer Rotationsachse X. In den jeweili¬ gen Darstellungen ist jeweils in axialer Abfolge aufgeführt gezeigt: eine Laufschaufelstufe RBS, ein Zwischenraum mit ei¬ ner Zwischenraumnut und einer Zwischenraumabdeckung IC und eine weitere Laufschaufelstufe RBS. In der Figur 3 ist zwi¬ schen den Laufschaufelstufen radial gegenüber der Zwischenraumnut IG auch eine Leitschaufelstufe GVS bestehend aus Leitschaufeln GV wiedergegeben. Die Leitschaufeln GV sind ohne ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes radial innen der Leitschaufel befindliches Deckband ausgebildet und dement¬ sprechend freistehend. Die Laufschaufeln RB sind jeweils in Laufschaufelnuten RBG formschlüssig mit der Welle SH verbunden. Zu diesem Zweck werden Schaufelfüße RBF in die Lauf- schaufelnuten RBG eingeführt, die ein radiales Ausrücken der Laufschaufeln RB aus der Welle SH des Rotors R verhindern. Wie in der Figur 2 wiedergegeben, sind die Laufschaufelfü- ße RBF in der Form eines Hammerkopfes ausgebildet und korres¬ pondieren in der Form mit der Laufschaufelnut in der Welle SH, so dass die Hinterschneidungen des Hammerkopffußes mit denen der Laufschaufelnut eine formschlüssige Verbindung ge¬ gen ein axiales Ausrücken bilden. Alternativ kann auch der Schaufelfuß als Tannenbaumfußes ausgebildet sein oder eine andere Form mit Hinterschneidungen aufweisen. Zwischen den beiden Laufschaufelstufen RBS befindet sich eine Zwischenraumnut IG in der Welle SH, die sich in Umgangsrichtung CD erstreckt. Die Laufschaufelnuten, wobei für jede einzelne Laufschaufel RB eine Laufschaufelnut RBG vorgesehen ist, mün¬ den sämtlich in diese Zwischenraumnut IG. Hierbei ist eine einzige Zwischenraumnut IG zur Montage der Laufschaufein RB für zwei Laufschaufelstufen RBS vorgesehen, beidseitig der Zwischenraumnut IG. Die Laufschaufein RB werden mit ihrem Laufschaufelfuß RBF radial in die Zwischenraumnut IG einge¬ führt und anschließend im Wesentlichen axial in die Lauf¬ schaufelnut RBG eingeschoben. Nachdem sämtliche Laufschau- fein RB in ihrer Endposition in dem Rotor R bzw. der Welle SH positioniert sind, wird die Zwischenraumabdeckung IC zur Ab¬ deckung der Zwischenraumnut IG nach radial außen an der Wel¬ le SH bzw. dem Rotor R angebracht. Alternativ können auch einzelne Zwischenraumabdeckungssegmente der Zwischenraumabde¬ ckung IC in den Bereichen montiert werden, in denen bereits die Laufschaufeln RB unter Benutzung der Zwischenraumnut IG eingeführt worden sind und demensprechend in ihrer Endpositi¬ on gegen ein axiales Verschieben mittels der Zwischenraumab- deckungssegmente ICS gesichert sind. Die Zwischenraumabde¬ ckungssegmente ICS verschließen die Zwischenraumnut IG der¬ art, dass ein im Wesentlichen glatter und kontinuierlicher Übergang in axialer Richtung zwischen der stromaufwärtigen Laufschaufelstufe RBS und der Zwischenraumnut IG bzw. der Zwischenraumabdeckung IC und der stromabwärtigen Laufschaufelstufe RBS gegeben ist. Die Zwischenraumabdeckungssegmente ICS sind formschlüssig an der Welle SH angebracht. An ei¬ ner bestimmten ersten Umfangsposition der Zwischenraumnut IC ist die Welle SH bzw. Zwischenraumnut IG zum Zwecke des radi- alen Einführens der Zwischenraumabdeckungssegmente ICS anders ausgebildet als über dem restlichen Umfang. Diese Stelle ist schematisch in der Figur 1 wiedergegeben, wo ein Zwischenraumabdeckungssegment ICS einen Hammerkopffuß aufweist und dieser Hammerkopffuß mit einer zweiten Hinterschneidung L2 in eine entsprechende Ausformung mit einer ersten
Hinterschneidung LI der Zwischenraumnut IG in Umfangsrichtung eingeführt werden kann. An der ersten Umfangsposition weist die Zwischenraumnut keine erste Hinterschneidung LI auf, so dass ein radiales Einführen des Hammerkopffußes der Zwischen- raumabdeckungssegmente ICS möglich ist. Eine Alternative zu den Hammerkopffüßen der Figur 1 zeigt eine in Figur 2 wiedergegebene Variante der Erfindung, wo die Zwischenraumabde¬ ckungssegmente ICS eine Omega-Form aufweisen und sich die zweite Hinterschneidung L2 über den axialen Bereich der Zwi- schenraumnut IG hinaus erstreckt. Die entsprechende erste Um- fangsposition ist in der Figur 2 nicht dargestellt, muss zum Zwecke des radialen Einfädeins der Zwischenraumabdeckungsseg- mente ICS Ausnehmungen aufweisen, die sich bis in den Bereich der Laufschaufelstufen RBS axial erstrecken.
Die Figur 3 zeigt eine Möglichkeit, wie ein Zwischenraumabde- ckungssegment ICS an der ersten Umfangsposition als ein Zwischenraumschlossstück ICL ausgebildet und an der Welle SH befestigt werden kann. Unter Fortlassung des Formschlusses mit¬ tels der ersten Hinterschneidung LI und der zweiten
Hinterschneidung L2, wie dies an den übrigen Umfangspositio- nen der Zwischenraumnut IG bevorzugt vorgesehen ist, wird das Zwischenraumschlossstück ICSL mittels einer Schraube SR radial und gegen ein Verrücken in Umfangsrichtung gesichert. Auf diese Weise sind sämtliche Zwischenraumabdeckungssegmente ISC formschlüssig auch in Umfangsposition festgelegt. Grundsätz- lieh ist es möglich, dass sämtliche Zwischenraumabdeckungs¬ segmente ICS mittels einer Schraube SR an der Welle SH zu¬ sätzlich oder ausschließlich befestigt sind, in einer besonderen Weiterbildung der Erfindung auch ohne weiteren Form- schluss gegen ein radiales Ausrücken.

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (R) eines mehrstufigen Axialverdichters (ACO) , der sich entlang einer Rotationsachse (X) erstreckt,
wobei der Rotor (R) eine Welle (SH) aufweist,
wobei die Welle (SH) Laufschaufelnuten (RBG) aufweist, wobei in Umgangsrichtung (CD) nebeneinander angeordnete und an den Laufschaufelnuten (RBG) jeweils mittels eines Schau¬ felfußes (RBF) befestigte Laufschaufeln (RB) des Rotors (R) jeweils eine Laufschaufelstufe (RBS) bilden,
wobei axial hintereinander mindestens zwei Laufschaufelstu¬ fen (RBS) vorgesehen sind und axial zwischen den beiden Laufschaufelstufen (RBS) eine sich in Umgangsrichtung erstreckende Zwischenraumnut (IG) in der Welle (SH) vorgese- hen ist,
wobei die Laufschaufelnuten (RBG) in die Zwischenraumnu¬ ten (IG) einmünden und diese Anordnung derart ausgebildet ist, dass Schaufelfüße (RBF) der Laufschaufeln (RB) radial in die Zwischenraumnuten (IG) eingeführt werden können und von dort in die Laufschaufelnuten (RBG) einschiebbar sind, wobei der Rotor (R) eine Zwischenraumabdeckung (IC) um- fasst, die die Zwischenraumnuten (IG) abdeckt,
wobei die Zwischenraumabdeckung (IC) in Umfangsrich- tung (CD) in Zwischenraumabdeckungssegmente (ICS) segmen- tiert ausgebildet ist,
wobei die Zwischenraumabdeckungssegmente (ICS) formschlüs¬ sig an der Welle (SH) befestigt sind
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zwischenraumnut (ICG) zumindest teilweise sich über den Umfang erstreckend eine erste Hinterschneidung (LI) auf¬ weist, die mit einer zweiten Hinterschneidung (L2) des Zwischenraumabdeckungssegments (ICS) formschlüssig in radialer Richtung eine Richtung blockierend zusammenwirkend ausge¬ bildet ist.
2. Rotor (R) nach Anspruch 1,
wobei die Zwischenraumabdeckung (IC) die Zwischenraumnut (IG) derart abdeckt, dass ein im Wesentlichen kontinu- ierlich radialer Übergang in Axialrichtung der radial äußeren Oberfläche zwischen der stromaufwärts gelegenen Lauf¬ schaufelstufe (RBS) und der Zwischenraumabdeckung (IC) und der Zwischenraumabdeckung (IC) und der stromabwärts gelegenen Laufschaufelstufe (RBS) sich ergibt.
3. Rotor (R) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Zwischenraumabdeckung (IC) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Laufschaufeln (RB) in der axialen Endposition in der Laufschaufelnut (RGB) gegen ein Verschieben gesichert sind.
4. Rotor (R) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für jede Zwischenraumnut (ICG) mindestens ein Zwi¬ schenraumschlossstück (ICSL) vorgesehen ist, dass an einer bestimmten ersten Umfangsposition der Zwischenraumnut (IC) angeordnet wird, an der die Zwischenraumnut (ICG) zum Zwe¬ cke des radialen Einführens der Zwischenraumabdeckungsseg¬ mente (ICS) anders ausgebildet ist als über dem restlichen Umfang der Welle (SH) .
5. Rotor (R) nach Anspruch 4, wobei die die Zwischenraumnut (ICG) keine erste Hinterschneidung (LI) an der bestimmten ersten Umfangsposition aufweist.
6. Rotor (R) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zwischenraumabdeckungssegmente (ICS) und/oder das Zwischenraumschlossstück (ICSL) mittels mindestens einer Schraube (SR) an der Welle (SH) befestigt sind.
7. Axialverdichter (ACO) mit einem Rotor (R) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
wobei radial gegenüber der Zwischenraumnut (IG) und axial benachbart zu mindestens einer Laufschaufelstufe (RBS) an¬ geordnete Leitschaufeln (GV) einer Leitschaufelstufe (GVS) als freistehende Leitschaufeln (GV) ohne Deckband ausgebil¬ det sind.
8. Verfahren zur Montage eines Rotors (R) eines Axialver¬ dichter (ACO) nach dem vorhergehenden Ansprüche 7,
mit den folgernden Schritten:
a) Bereitstellen der Welle (SH)
b) Einführen der Schaufelfüße (RBF) der Laufschaufeln (RB) radial in die Zwischenraumnuten (IG)
c) Einschieben der Schaufelfüße (RBF) der Laufschaufeln (RB) in die Laufschaufelnuten (RBG)
d) Montage der Zwischenraumabdeckungssegmente (ICS) form- schlüssig an der Welle (SH) zur Sicherung der Axialposition der Schaufelfüße (RBF) der Laufschaufeln (RB) in die Laufschaufelnuten (RBG) .
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