WO2010040338A1 - Haltevorrichtung zum halten wenigstens einer rotorschaufel und verfahren zum montieren eines schaufelkranzes - Google Patents

Haltevorrichtung zum halten wenigstens einer rotorschaufel und verfahren zum montieren eines schaufelkranzes Download PDF

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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods

Definitions

  • Holding device for holding at least one rotor blade and method for mounting a blade ring
  • the invention relates to a holding device for holding at least one rotor blade for a blade ring of a rotor and to a method for mounting a blade ring comprising a plurality of rotor blades.
  • Blade rings for rotors are known in the art.
  • a blade ring usually comprises a plurality of rotor blades and may be formed, for example, as a turbine disk (blisk) or turbine ring (bling) for a turbomachine.
  • blisk turbine disk
  • bling turbine ring
  • the rotor blades with a bias (pre-twist) to ensure that they do not hit each other when the rotor is running up - for example in a turbine.
  • the rotor blades are also often coated with a functional layer.
  • a holding device for holding at least one rotor blade for a blade ring of a rotor according to claim 1 and by a method for mounting a blade ring comprising a plurality of rotor blades according to claim 11.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of Holding device - as far as applicable - are to be regarded as advantageous embodiments of the method and vice versa.
  • the holding device in contrast to the prior art, it is possible to detachably fix the at least one rotor blade so that slippage of the rotor blade and associated damage are rendered impossible. In addition, chipping, scoring, scratching and the like of a possibly existing functional layer is reliably prevented.
  • the holding device it is also possible, when arranging the rotor blade in a predetermined mounting position of the blade ring or the news of the rotor blade for adjusting the concentricity of the blade ring to apply only a suitable force to the holding device, so that no relevant force is introduced into the rotor blade. It can be provided in principle that the holding device is designed to hold two or more rotor blades.
  • the at least one holding element comprises a tensioning shoe.
  • the at least one holding element comprises at least two partial holding elements. This enables an improved definition of the rotor blade as well as an additionally improved adaptability to different rotor blade types.
  • the holding element is assigned at least one fastening means, in particular a screw, by means of which the at least one holding element can be fixed releasably to the base body and / or by means of which the partial holding elements can be fixed relative to one another.
  • the at least one retaining element is formed at least in the contact region with the rotor blade corresponding to an outer wall region of the rotor blade.
  • the at least one retaining element is formed corresponding to an outer shroud profile and / or a Schaufelfußprofil the rotor blade. This allows fixing and fixing the position of the rotor blade via its mechanically stable and comparatively insensitive areas.
  • the holding device is designed to generate a bias in the rotor blade.
  • the holding device advantageously enables both setting and generating the prestressing in the rotor blade, thereby considerably simplifying, accelerating and reducing the costs for assembly or repair of the blade ring.
  • the holding device is designed to twist the rotor blade by an angle between 0.5 ° and 5 °, in particular between 1 ° and 3 °.
  • This is an easy way to produce the desired bias (pre-twist) depending on the particular design requirements on the blade ring.
  • the at least one retaining element is designed geometrically such that the bias results in fixing the rotor blade on the base body.
  • the base body and / or the at least one retaining element is provided with a protective layer at least in the contact region with the rotor blade.
  • the protective layer can be made for example of a suitable plastic.
  • the holding device comprises at least two holding elements, between which the at least one rotor blade can be clamped. This allows a fast and mechanically particularly reliable clamping of the rotor blade.
  • a further aspect of the invention relates to a method for assembling a rotor blade comprising a plurality of rotor blades for a rotor, in particular for a turbine disk or a turbine ring of a turbomachine, wherein at least one rotor blade of the blade ring fixed to a holding device and the at least one rotor blade by moving the holding device in a predetermined construction position of the blade ring is arranged.
  • the holding device in contrast to the prior art, it is possible to secure the at least one rotor blade against undesired slippage and associated damage. In addition, chipping, scoring, scratching and the like of a possibly existing functional layer is reliably prevented.
  • the holding device By fixing the at least one rotor blade to the holding device, it is possible, when arranging the rotor blade in a predetermined mounting position of the blade ring or news of the rotor blade for adjusting the concentricity of the blade ring to apply only to the holding device with a corresponding force, so that no relevant force in the rotor blade takes place.
  • a holding device is used, which is designed to hold two or more rotor blades. Further advantages arise when a holding device is used according to one of the preceding exemplary embodiments. The resulting benefits can be found in the corresponding descriptions.
  • a bias voltage is generated in the at least one rotor blade.
  • the rotor blade is moved by applying the holding device with a force in the predetermined assembly position.
  • this allows a precise positioning of the rotor blade, but on the other hand reliably prevents damage to the rotor blade, since it is not exposed to any direct force.
  • the rotor blades of the blade ring after placement in the region of their blade feet joined, in particular o welded, are.
  • the individual rotor blades are mechanically stable interconnected.
  • an electron beam welding method and / or a laser beam welding method can be used.
  • initially arranged in the range of blade roots of the rotor blades adapters are welded to the rotor blades, wherein advantageously at least 5 substantially radial welds are generated with predetermined welding depths.
  • a rotor disk or a rotor ring can then be arranged on the blade ring and the rotor disk or the rotor ring can be welded to the adapters of the rotor blades, wherein advantageously at least one further weld seam is produced.
  • a bias voltage is generated in at least one rotor blade. This also makes it possible to prevent the rotor blades of the blade ring from hitting each other later during a run-up of the rotor, for example in a turbine, in a simple, rapid and cost-effective manner.
  • the bias voltage is preferably generated by means of the holding device.
  • Fig. 2 is an enlarged view of the detail II shown in Fig. 1;
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a blade ring
  • FIG. 4 is an enlarged view of the detail IV shown in FIG. 3, showing a plurality of welds; FIG. and
  • FIG. 5 is an enlarged and partially sectioned perspective view of that shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an exemplary embodiment of a holding device 10 on which a rotor blade 12 for a blade ring 14 (see FIG. 3) of an o rotor is fixed.
  • Fig. 1 will be explained below in conjunction with Fig. 2, which shows an enlarged view of the detail II shown in Fig. 1.
  • the holding Direction 10 comprises a base body 16 and two holding elements 18a, 18b arranged on the base body 16, by means of which the rotor blade 12 is detachably fixed and clamped on the base body 16.
  • the holding element 18a is designed as a tightening shoe and corresponding to the profile of an adapter 22 on the rotor blade 12, while the holding element 18b is formed corresponding to an outer shroud 20b (Z-profile) of the rotor blade 12, so that in some areas a positive connection is achieved. Furthermore, the holding element 18b comprises two partial holding elements 18b ', 18b ", wherein the partial holding element 18b' is designed as a tensioning shoe.
  • a adapter 22, whose function will be explained in more detail below, is arranged on the blade root of the rotor blade 12.
  • the holding elements 18a, 18b are in turn fastened releasably to the base body 16 with fixing means 24 designed as screws
  • the holding elements 18a, 18b are furthermore provided with a protective layer 26 in the contact area with the rotor blade 12 in order to reliably prevent scratching or the like of the rotor blade 12.
  • the partial holding element 18b 'designed as a tension shoe is preferably first fastened in a form-fitting manner to a sealing finger 28 (fin sealing lip, sealing web) provided on the outer shroud profile 20b of the rotor blade 12. Thereafter, the rotor blade 12 is positioned relative to the holding device 10 and fixed by screwing the partial holding elements 18b ', 18b. "Next, the rotor blade 12 is clamped by means of the retaining element 18a which is arranged and screwed to the adapter 22.
  • a message of the rotor blade 12 in the radial direction of the blade ring 14 can be made, for example by light blows, to ensure concentricity according to the arrows 1a, 1b via the adapter 22 or the holding elements 18a, 18b moves the holding device 10, wherein a slipping, damaging or flaking of any existing functional layer of the rotor blade 12 is reliably prevented.
  • This can be provided that the rotor blades 12 to build the entire blade ring 14 on a correspondingly designed mounting device (not shown) ang are arranged and the holding device 10 and its base body 16 along a corresponding sliding guide of the mounting device is movable.
  • the holding elements 18a, 18b are designed in such a way that when the rotor blade 12 is fixed to the base body 16, a pre-twist is generated in the rotor blade 12 by the rotor blade being tilted by an angle between 0.5 ° and 5 °, for example, between 1 ° and 3 °, twisted. It is provided that the holding elements 18a, 18b are geometrically designed such that the bias results in fixing the rotor blade 12 on the base body 16. By exchanging or varying the holding elements 18a, 18b, the desired pre-twist can therefore be generated variably in dependence on the respective design requirements for the blade ring 14.
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of the blade ring 14, which is formed by moving a total of 99 rotor blades 12 in their respective predetermined mounting positions.
  • the overall construction diameter of the blade ring 14 can be checked, for example with the aid of a dial gauge, and readjusted if necessary to ensure concentricity.
  • arrow IHa while the pre-twist between the adapter 22 and the outer shroud 20b (Z-profile) of the rotor blade 12 is marked. Since the rotor blades 12 shrink by welding only in the area of their adapters 22, but their outer cover profiles 20b are not subject to any shrinkage, the desired preload arises.
  • This preload can be adjusted specifically by maintaining the wedge thickness of the adapter 22, whereby the pre-twist generated by means of the holding device 10 can be omitted or reduced in principle.
  • the generation of the prestress by welding shrinkage basically offers the advantage that it can be generated jointly in all the rotor blades 12.
  • the arrows HIb indicate a shrinkage of the blade ring 14 of approximately 2 mm in the present case. It can basically be provided that the entiretykonturprof ⁇ l 20b of the rotor blades 12 is formed or adapted such that the generation of the bias voltage is promoted accordingly.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the detail IV shown in FIG. 3.
  • a plurality of rotor blades 12 and adapters 22 of the blade ring 14 shown in FIG. 3 can be seen, which are welded by means of an electron beam welding process to form a plurality of welds 30a, 30b.
  • FVa is a region without contamination by mechanical processing, detergent residues or the like.
  • the arrows FVb mark areas which have such impurities and can thus lead to the formation of a residual gap.
  • Inconel 718 - for the rotor blades 12 and the adapter 22 is a machining of the blade ring 14 without coolants (dry) very problematic.
  • the adapters 22 are stitched together by creating radial welds 30a having a depth of at least 60% of a top bead width of the axial weld 30b.
  • the radial welds 30a are thereby generated distributed uniformly over an inner circumference of the blade ring 14.
  • a welding depth of about 5-6 mm is generated.
  • a deeper weld than necessary prevents a too deep penetration of any existing cooling lubricants during mechanical processing into the remaining gap. It may be provided - as mentioned above - that a larger welding shrinkage is accepted in order to produce a targeted pre-twist in the rotor blades 12.
  • a rotor disk 32 is arranged on the blade ring 14 and welded to the adapters 22 in order to produce a rotor designed as a turbine disk (blisk).
  • the radial welds 30a are welded over in accordance with arrow IVc and the axial weld seam 30b is produced.
  • the axial weld 30b which runs in a circle with respect to a rotational axis of the blade ring 14 or of the rotor and along a contact region between the adapters 22 and the rotor disk 32, thus does not come into contact with the possibly present impurities in the region marked with arrow IVd. whereby a pore or flaw formation excluded and a corresponding high joint quality is ensured.
  • FIG. 5 shows an enlarged and partially cutaway perspective view of the detail IV shown in Fig. 3.
  • the radial welds 30a between the adapters 22 and the axial weld 30b between the adapters 22 and the rotor disk 32 can be seen.
  • the method steps mentioned can, of course, not only be used during production, but also during repair of the blade ring 14 or of the rotor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (10) zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel (12) für einen Schaufelkranz (14) eines Rotors, insbesondere für eine Turbinenscheibe oder einen Turbinenring einer Strömungsmaschine, wobei die Haltevorrichtung (10) einen Grundkörper (16) und zumindest ein am Grundkörper (16) angeordnetes Halteelement (18a, 18b) umfasst, mittels welchem die wenigstens eine Rotorschaufel (12) lösbar am Grundkörper (16) festlegbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Montieren eines mehrere Rotorschaufeln (12) umfassenden Schaufelkranzes (14) für einen Rotor, insbesondere für eine Turbinenscheibe oder einen Turbinenring einer Strömungsmaschine, bei welchem wenigstens eine Rotorschaufel (12) des Schaufelkranzes (14) an einer Haltevorrichtung (10) festgelegt und die wenigstens eine Rotorschaufel (12) durch Bewegen der Haltevorrichtung (10) in einer vorbestimmten Aufbauposition des Schaufelkranzes (14) angeordnet wird.

Description

Haltevorrichtung zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel und Verfahren zum Montieren eines Schaufelkranzes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel für einen Schaufelkranz eines Rotors sowie ein Verfahren zum Montieren eines mehrere Rotorschaufeln umfassenden Schaufelkranzes.
Schaufelkränze für Rotoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein derartiger Schaufelkranz umfasst üblicherweise mehrere Rotorschaufeln und kann beispielsweise als Turbinenscheibe (Blisk) oder Turbinenring (Bling) für eine Strömungsmaschine ausgebildet sein. Dabei ist es bei der Montage und Reparatur des Schaufelkranzes häufig gewünscht, die Rotorschaufeln mit einer Vorspannung (Pre-Twist) zu versehen, damit diese bei einem Hochlaufen des Rotors - beispielsweise in einer Turbine - nicht aneinander schlagen. Die Rotorschaufeln sind zudem häufig mit einer Funktionsschicht beschichtet.
Ein Hauptproblem besteht jedoch darin, dass eine Beschädigung der Rotorschaufeln bzw. der Funktionsschicht während der Montage oder Reparatur bislang nicht zuverlässig ausge- schlössen werden kann, wodurch erhebliche Mehrkosten entstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Montage oder Reparatur eines derartigen Schaufelkranzes zu ermöglichen, wobei eine Beschädigung der Rotorschaufeln zuverlässig verhindert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Haltevorrichtung zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel für einen Schaufelkranz eines Rotors gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Montieren eines mehrere Rotorschaufeln umfassenden Schaufelkranzes gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Haltevorrichtung- soweit anwendbar - als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen sind.
Eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel für 5 einen Schaufelkranz eines Rotors umfasst einen Grundkörper und zumindest ein am
Grundkörper angeordnetes Halteelement, mittels welchem die wenigstens eine Rotorschaufel lösbar am Grundkörper festlegbar ist. Mit Hilfe der Haltevorrichtung ist im Gegensatz zum Stand der Technik möglich, die wenigstens eine Rotorschaufel lösbar festzulegen, so dass ein Verrutschen der Rotorschaufel und damit verbundene Beschädigungen verunmög-0 licht sind. Zudem wird auch ein Abplatzen, Einkerben, Verkratzen und dergleichen einer eventuell vorhandenen Funktionsschicht zuverlässig verhindert. Mit Hilfe der Haltevorrichtung ist es zudem möglich, beim Anordnen der Rotorschaufel in einer vorbestimmten Aufbauposition des Schaufelkranzes oder beim Nachrichten der Rotorschaufel zum Einstellen des Rundlaufs des Schaufelkranzes nur die Haltevorrichtung mit einer entsprechenden5 Stellkraft zu beaufschlagen, so dass keine relevante Krafteinleitung in die Rotorschaufel erfolgt. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung zum Halten von zwei oder mehreren Rotorschaufeln ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine o Halteelement einen Spannschuh umfasst. Hierdurch kann die Rotorschaufel besonders einfach an der Haltevorrichtung eingespannt werden und ist dadurch gegen Verrutschen und dergleichen gesichert.
Weitere Vorteile ergeben sich, indem das wenigstens eine Halteelement wenigstens zwei 5 Teilhalteelemente umfasst. Dies ermöglicht eine verbesserte Festlegung der Rotorschaufel sowie eine zusätzlich verbesserte Anpassbarkeit an unterschiedliche Rotorschaufeltypen.
In weiterer Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn dem Halteelement zumindest ein Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, zugeordnet ist, mittels wel- o chem das wenigstens eine Halteelement lösbar am Grundkörper festlegbar ist und/oder mittels welchem die Teilhalteelemente relativ zueinander festlegbar sind. Dies stellt eine ein- fache, kostengünstige und prozesssichere Maßnahme zur Bereitstellung der betreffenden Funktionalität dar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das we- nigstens eine Halteelement zumindest im Kontaktbereich mit der Rotorschaufel korrespondierend mit einem Außenwandbereich der Rotorschaufel ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine mechanisch besonders stabile Festlegung bei gleichzeitig gleichmäßiger Kraftverteilung über den Kontaktbereich zwischen Halteelement und Rotorschaufel gegeben, wodurch Beschädigungen der Rotorschaufel besonders zuverlässig verhindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Halteelement korrespondierend mit einem Außendeckbandprofil und/oder einem Schaufelfußprofil der Rotorschaufel ausgebildet ist. Dies erlaubt eine Festlegung und Lagefixierung der Rotorschaufel über ihre mechanisch stabilen und vergleichsweise un- empfindlichen Bereiche.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Haltevorrichtung ausgebildet ist, eine Vorspannung in der Rotorschaufel zu erzeugen. Die Haltevorrichtung ermöglicht mit anderen Worten vorteilhaft sowohl ein Festlegen als auch ein Erzeugen der Vorspannung in der Rotor- schaufei, wodurch die Montage oder Reparatur des Schaufelkranzes erheblich erleichtert, beschleunigt und verbilligt wird.
Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung als vorteilhaft gezeigt, wenn die Haltevorrichtung ausgebildet ist, die Rotorschaufel um einen Winkel zwischen 0,5° und 5°, insbesonde- re zwischen 1° und 3°, zu tordieren. Dies stellt eine einfache Möglichkeit dar, die gewünschte Vorspannung (Pre-Twist) in Abhängigkeit der jeweiligen konstruktiven Anforderungen an den Schaufelkranz zu erzeugen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Halteelement geometrisch derart ausgelegt ist, dass sich die Vorspannung beim Festlegen der Rotorschaufel am Grundkörper ergibt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper und/oder das wenigstens eine Halteelement zumindest im Kontaktbereich mit der Rotorschaufel mit einer Schutzschicht versehen ist. Hierdurch wird eine Beschädigung der Rotorschaufel bzw. der Funktionsschicht der Rotorschaufel beim Festlegen an der HaI- tevorrichtung besonders zuverlässig verhindert. Die Schutzschicht kann beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt sein.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Haltevorrichtung wenigstens zwei Halteelemente umfasst, zwischen welchen die wenigstens eine Rotorschaufel einspannbar ist. Dies erlaubt ein schnelles und mechanisch besonders zuverlässiges Einspannen der Rotorschaufel.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines mehrere Rotorschaufeln umfassenden Schaufelkranzes für einen Rotor, insbesondere für eine Turbinenscheibe oder einen Turbinenring einer Strömungsmaschine, bei welchem wenigstens eine Rotorschaufel des Schaufelkranzes an einer Haltevorrichtung festgelegt und die wenigstens eine Rotorschaufel durch Bewegen der Haltevorrichtung in einer vorbestimmten Aufbauposition des Schaufelkranzes angeordnet wird. Durch Verwenden der Haltevorrichtung ist es im Gegensatz zum Stand der Technik möglich, die wenigstens eine Rotorschaufel gegen unerwünschtes Verrutschen und damit verbundene Beschädigungen zu sichern. Zudem wird auch ein Abplatzen, Einkerben, Verkratzen und dergleichen einer eventuell vorhandenen Funktionsschicht zuverlässig verhindert. Durch Festlegen der wenigstens einen Rotorschaufel an der Haltevorrichtung ist es möglich, beim Anordnen der Rotorschaufel in einer vorbestimmten Aufbauposition des Schaufelkranzes oder beim Nachrichten der Rotorschaufel zum Einstellen des Rundlaufs des Schaufelkranzes nur die Haltevorrichtung mit einer entsprechenden Stellkraft zu beaufschlagen, so dass keine relevante Krafteinleitung in die Rotorschaufel erfolgt. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass eine Haltevorrichtung verwendet wird, die zum Halten von zwei oder mehreren Rotorschaufeln ausgebildet ist. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn eine Haltevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausfuhrungsbeispiele verwendet wird. Die sich hieraus ergebenden Vorteile sind den entsprechenden Beschreibungen zu entnehmen.
5 In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Anordnen der Rotorschaufel, insbesondere beim Festlegen der Rotorschaufel an der Haltevorrichtung, eine Vorspannung in der wenigstens einen Rotorschaufel erzeugt wird. Dies stellt eine einfache, schnelle und kostengünstige Möglichkeit dar, ein späteres Aneinander- schlagen der Rotorschaufeln des Schaufelkranzes insbesondere bei einem Hochlaufen des o Rotors - beispielsweise in einer Turbine - zu verhindern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorschaufel durch Beaufschlagen der Haltevorrichtung mit einer Stellkraft in die vorbestimmte Aufbauposition bewegt wird. Dies erlaubt einerseits ein präzises Positionieren der Rotor-5 schaufei, verhindert aber andererseits zuverlässig eine Beschädigung der Rotorschaufel, da diese keiner direkten Krafteinwirkung ausgesetzt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotorschaufeln des Schaufelkranzes nach dem Anordnen im Bereich ihrer Schaufelfüße gefügt, insbesondere o verschweißt, werden. Hierdurch werden die einzelnen Rotorschaufeln mechanisch stabil miteinander verbunden. Zum Fügen kann beispielsweise ein Elektronenstrahl- Schweißverfahren und/oder ein Laserstrahl-Schweißverfahren verwendet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass zunächst im Bereich von Schaufelfüßen der Rotorschaufeln angeordnete Adaptern mit den Rotorschaufeln verschweißt werden, wobei vorteilhafterweise 5 zumindest im Wesentlichen radiale Schweißnähte mit vorbestimmten Einschweißtiefen erzeugt werden. Anschließend kann dann gegebenenfalls eine Rotorscheibe oder ein Rotorring am Schaufelkranz angeordnet und die Rotorscheibe oder der Rotorring mit den Adaptern der Rotorschaufeln verschweißt werden, wobei vorteilhaft wenigstens eine weitere Schweißnaht erzeugt wird. 0 Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn mittels des Verschweißens der Rotorschaufeln eine Vorspannung in wenigstens einer Rotorschaufel erzeugt wird. Auch hierdurch kann auf eine einfache, schnelle und kostengünstige Möglichkeit ein späteres Aneinanderschlagen der Rotorschaufeln des Schaufelkranzes ins- 5 besondere bei einem Hochlaufen des Rotors - beispielsweise in einer Turbine -verhindert werden. Die Vorspannung wird dabei vorzugsweise mit Hilfe der Haltevorrichtung erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Vorspannung beim Fügen - beispielsweise durch ein Schrumpfen der Schweißnähte - erzeugt wird. 0 Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt: 5 Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Haltevorrichtung, an welcher eine Rotorschaufel festgelegt ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Details II;
o Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines Schaufelkranzes;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Details IV, wobei mehrere Schweißnähte erkennbar sind; und
5 Fig. 5 eine vergrößerte und teilgeschnittene Perspektivansicht des in Fig. 3 gezeigten
Details IV.
Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Haltevorrichtung 10, an welcher eine Rotorschaufel 12 für einen Schaufelkranz 14 (s. Fig. 3) eines o Rotors festgelegt ist. Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 2 erläutert werden, welche eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Details II zeigt. Die Haltevor- richtung 10 umfasst einen Grundkörper 16 und zwei am Grundkörper 16 angeordnete Halteelemente 18a, 18b, mittels welchen die Rotorschaufel 12 lösbar am Grundkörper 16 festgelegt und eingespannt ist. Das Halteelement 18a ist dabei als Spannschuh und korrespondierend mit dem Profil eines Adapters 22 an der Rotorschaufel 12 ausgebildet, während das Halteelement 18b korrespondierend mit einem Außendeckbandprofil 20b (Z-Profil) der Rotorschaufel 12 ausgebildet ist, so dass bereichsweise ein Formschluss erzielt wird. Weiterhin umfasst das Halteelement 18b zwei Teilhalteelemente 18b', 18b", wobei das Teilhalteelement 18b' zudem als Spannschuh ausgebildet ist. Am Schaufelfuß der Rotorschaufel 12 ist ein Adapter 22 angeordnet, dessen Funktion im Folgenden näher erläutert werden wird. Die Halteelemente 18a, 18b sind ihrerseits mit als Schrauben ausgebildeten Befestigungsmitteln 24 lösbar am Grundkörper 16 festgelegt. Die Halteelemente 18a, 18b sind weiterhin im Kontaktbereich mit der Rotorschaufel 12 mit einer Schutzschicht 26 versehen, um ein Verkratzen oder dergleichen der Rotorschaufel 12 zuverlässig zu vermeiden.
Zum Festlegen der Rotorschaufel 12 an der Haltevorrichtung 10 wird vorzugsweise zunächst das als Spannschuh ausgebildete Teilhalteelement 18b' formschlüssig an einem am Außendeckbandprofil 20b der Rotorschaufel 12 vorgesehenen Dichtfin 28 (Fin-Dichtlippe, Dichtsteg) befestigt. Danach wird die Rotorschaufel 12 gegenüber der Haltevorrichtung 10 positioniert und durch Verschrauben der Teilhalteelemente 18b', 18b" festgelegt. An- schließend wird die Rotorschaufel 12 mit Hilfe des am Adapter 22 angeordneten und festgeschraubten Halteelements 18a eingespannt. Ein Nachrichten der Rotorschaufel 12 in radialer Richtung des Schaufelkranzes 14 kann - beispielsweise durch leichte Schläge - zur Sicherstellung des Rundlaufs gemäß den Pfeilen Ia, Ib über den Adapter 22 oder die Halteelemente 18a, 18b erfolgen. Da keine direkte Krafteinwirkung auf die festgelegte Rotor- schaufei 12 erfolgt, wird die Rotorschaufel 12 über die Haltevorrichtung 10 bewegt, wobei ein Verrutschen, Beschädigen oder Abplatzen einer eventuell vorhandenen Funktionsschicht der Rotorschaufel 12 zuverlässig verhindert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Rotorschaufeln 12 zum Aufbau des gesamten Schaufelkranzes 14 auf einer entsprechend ausgebildeten Montagevorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet werden und die Halte- Vorrichtung 10 bzw. ihr Grundkörper 16 entlang einer korrespondierenden Schiebeführung der Montagevorrichtung bewegbar ist. Die Halteelemente 18a, 18b sind dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, dass beim Festlegen der Rotorschaufel 12 am Grundkörper 16 eine Vorspannung (Pre-Twist) in der Rotorschaufel 12 erzeugt wird, indem die Rotorschaufel um einen Win- kel zwischen 0,5° und 5°, beispielsweise zwischen 1° und 3°, tordiert wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Halteelemente 18a, 18b geometrisch derart ausgelegt sind, dass sich die Vorspannung beim Festlegen der Rotorschaufel 12 am Grundkörper 16 ergibt. Durch Austausch bzw. Variieren der Halteelemente 18a, 18b kann der gewünschte Pre-Twist daher in Abhängigkeit der jeweiligen konstruktiven Anforderungen an den Schaufelkranz 14 varia- bei erzeugt werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Schaufelkranzes 14, welcher durch Bewegen von insgesamt 99 Rotorschaufeln 12 in ihre jeweils vorbestimmten Aufbaupositionen ausgebildet ist. Der gesamte Aufbaudurchmesser des Schaufelkranzes 14 kann bei- spielsweise mit Hilfe einer Messuhr geprüft und gegebenenfalls nachgerichtet werden, um den Rundlauf sicherzustellen. Mit Pfeil IHa ist dabei der Pre-Twist zwischen dem Adapter 22 und dem Außendeckbandprofil 20b (Z-Profil) der Rotorschaufel 12 gekennzeichnet. Da die Rotorschaufeln 12 durch das Verschweißen nur im Bereich ihrer Adapter 22 schrumpfen, ihre Außendeckprofile 20b jedoch keiner Schrumpfung unterliegen, entsteht die ge- wünschte Vorspannung. Diese Vorspannung kann gezielt durch Vorhalten der Keildicke der Adapter 22 eingestellt werden, wodurch der mit Hilfe der Haltevorrichtung 10 erzeugte Pre-Twist grundsätzlich entfallen oder reduziert werden kann. Die Erzeugung der Vorspannung durch Schweißschrumpf bietet grundsätzlich den Vorteil, dass sie gemeinsam in allen Rotorschaufeln 12 erzeugt werden kann. Die Pfeile HIb kennzeichnen zur Verdeutli- chung einen Schrumpf des Schaufelkranzes 14 von vorliegend etwa 2 mm. Dabei kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass das Außenkonturprofϊl 20b der Rotorschaufeln 12 derart ausgebildet bzw. angepasst wird, dass das Erzeugen der Vorspannung entsprechend gefördert wird.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 3 gezeigten Details IV. Dabei sind mehrere Rotorschaufeln 12 und Adapter 22 des in Fig. 3 gezeigten Schaufelkranzes 14 erkennbar, die mit Hilfe eines Elektronenstrahlschweißverfahrens unter Ausbildung mehrerer Schweißnähte 30a, 30b verschweißt werden. Dabei ist mit FVa ein Bereich ohne Verunreinigungen durch mechanische Bearbeitung, Reinigungsmittelrückstände oder dergleichen gekennzeichnet. Die Pfeile FVb markieren demgegenüber Bereiche, die derartige Verunrei- nigungen aufweisen und dadurch zur Ausbildung eines Restspaltes führen können. Insbesondere bei Verwendung von hochtemperaturfähigen Materialien - beispielsweise Inconel 718 - für die Rotorschaufeln 12 bzw. die Adapter 22 ist eine Bearbeitung des Schaufelkranzes 14 ohne Kühlschmierstoffe (trocken) sehr problematisch. Daher werden zunächst die Adapter 22 aneinandergeheftet, indem radiale Schweißnähte 30a erzeugt werde, die ei- ne Tiefe von wenigstens 60% einer Oberraupenbreite der axialen Schweißnaht 30b aufweisen. Die radialen Schweißnähte 30a werden dabei gleichmäßig über einen Innenumfang des Schaufelkranzes 14 verteilt erzeugt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dabei eine Einschweißtiefe von etwa 5-6 mm erzeugt. Durch eine tiefere Einschweißung als notwendig wird verhindert, dass ein zu tiefes Eindringen eventuell vorhandener Kühlschmierstoffe bei der mechanischen Bearbeitung in den Restspalt erfolgen kann. Dabei kann - wie zuvor erwähnt - vorgesehen sein, dass ein größerer Schweißschrumpf akzeptiert wird, um einen gezielten Pre-Twist in den Rotorschaufeln 12 zu erzeugen.
Anschließend wird eine Rotorscheibe 32 am Schaufelkranz 14 angeordnet und mit den Adaptern 22 verschweißt, um einen als Turbinenscheibe (Blisk) ausgebildeten Rotor herzustellen. Hierzu werden die radialen Schweißnähte 30a gemäß Pfeil IVc überschweißt und die axiale Schweißnaht 30b erzeugt. Die axiale Schweißnaht 30b, die kreisförmig bezüglich einer Drehachse des Schaufelkranzes 14 bzw. des Rotors und entlang eines Kontaktbereichs zwischen den Adaptern 22 und der Rotorscheibe 32 verläuft, kommt auf diese Weise im mit Pfeil IVd markierten Bereich nicht mit den eventuell vorhandenen Verunreinigungen in Berührung, wodurch eine Poren- oder Fehlstellenbildung ausgeschlossen und eine entsprechende hohe Fügequalität sichergestellt ist. Zum Verschweißen wird dabei jeweils ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren verwendet, wobei grundsätzlich auch Laserstrahl- Schweißverfahren oder dergleichen vorgesehen sein können. Zum besseren Verständnis zeigt Fig. 5 eine vergrößerte und teilgeschnittene Perspektivansicht des in Fig. 3 gezeigten Details IV. Dabei sind insbesondere die radialen Schweißnähte 30a zwischen den Adaptern 22 und die axiale Schweißnaht 30b zwischen den Adaptern 22 und der Rotorscheibe 32 erkennbar. Die genannten Verfahrensschritte können grundsätzlich natürlich nicht nur bei der Herstellung, sondern auch bei einer Reparatur des Schaufelkranzes 14 bzw. des Rotors angewendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Haltevorrichtung (10) zum Halten wenigstens einer Rotorschaufel ( 12) für einen 5 Schaufelkranz (14) eines Rotors, insbesondere für eine Turbinenscheibe oder einen
Turbinenring einer Strömungsmaschine, mit einem Grundkörper (16) und zumindest einem am Grundkörper (16) angeordneten Halteelement (18a, 18b), mittels welchem die wenigstens eine Rotorschaufel (12) lösbar am Grundkörper (16) festlegbar ist. 0 2. Haltevorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (18a, 18b) einen Spannschuh (18a, 18b') umfasst.
3. Haltevorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (18b) wenigstens zwei Teilhalteelemente (18b', 18b")5 umfasst.
4. Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Halteelement (10) zumindest ein Befestigungsmittel (24), insbesondere eine Schraube, zugeordnet ist, mittels welchem das wenigstens eine Halteelement (18a,0 18b) lösbar am Grundkörper (16) festlegbar ist und/oder mittels welchem die Teilhalteelemente (18b', 18b") relativ zueinander festlegbar sind.
5. Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (18a, 18b) zumindest im Kontaktbereich mit 5 der Rotorschaufel (12) korrespondierend mit einem Außenwandbereich (20b) der Rotorschaufel (12) ausgebildet ist.
6. Haltevorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halteelement (18a, 18b) korrespondierend mit einem Außendeckbandprofil o (20b) und/oder dem Profil eines Adapters (22) an der Rotorschaufel (12) ausgebildet ist.
7. Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese ausgebildet ist, eine Vorspannung in der Rotorschaufel (12) zu erzeugen.
5 8. Haltevorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ausgebildet ist, die Rotorschaufel (12) um einen Winkel zwischen 0,5° und 5°, insbesondere zwischen 1° und 3°, zu tordieren.
9. Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, 0 dass der Grundkörper (16) und/oder das wenigstens eine Halteelement (18a, 18b) zumindest im Kontaktbereich mit der Rotorschaufel (12) mit einer Schutzschicht (26) versehen ist.
10. Haltevorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,5 dass diese wenigstens zwei Halteelemente (18a, 18b) umfasst, zwischen welchen die wenigstens eine Rotorschaufel (12) einspannbar ist.
11. Verfahren zum Montieren eines mehrere Rotorschaufeln (12) umfassenden Schaufelkranzes (14) für einen Rotor, insbesondere für eine Turbinenscheibe oder einen Tur- 0 binenring einer Strömungsmaschine, bei welchem wenigstens eine Rotorschaufel
(12) des Schaufelkranzes (14) an einer Haltevorrichtung (10) festgelegt und die wenigstens eine Rotorschaufel (12) durch Bewegen der Haltevorrichtung (10) in einer vorbestimmten Aufbauposition des Schaufelkranzes (14) angeordnet wird.
5 12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung
(10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anordnen der Rotorschaufel (12), insbesondere beim Festlegen der Rotorschaufel (12) an o der Haltevorrichtung (10), eine Vorspannung in der wenigstens einen Rotorschaufel
(12) erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufel (12) durch Beaufschlagen der Haltevorrichtung (10) mit einer Stellkraft in die vorbestimmte Aufbauposition bewegt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorschaufeln (12) des Schaufelkranzes (14) nach dem Anordnen im Bereich ihrer Schaufelfuße gefügt, insbesondere verschweißt, werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verschwei- ßens der Rotorschaufeln (12) eine Vorspannung in wenigstens einer Rotorschaufel (12) erzeugt wird.
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