WO2010081466A1 - Leitschaufel für einen stator eines turboverdichters sowie zugehörige baugruppe - Google Patents
Leitschaufel für einen stator eines turboverdichters sowie zugehörige baugruppe Download PDFInfo
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Definitions
- the invention relates to a guide vane for a stator of a turbocompressor, comprising an outer guide plate, which is adjoined by an airfoil, and an inner Leitschau- feiteller, to which an inner pin for mounting the guide vane in a Lageröffhung an inner ring connects, the invention further relates to a Assembly of an inner ring and a plurality of guide vanes according to the invention.
- the vanes are mounted on a non-rotatable inner ring.
- the inner ring is provided with openings (bearing countersinks) into which the inner pins of the guide vanes can be inserted.
- the installation (assembly) of the inner ring takes place only when the guide vanes in the tubular compressor housing or a housing part are pre-assembled.
- the entirety or, as applicable in the assembly method described below, a part of the guide vanes to be held by the inner ring, which are already preassembled in the housing or housing part, is referred to herein as a guide blade ring.
- the vane ring in the latter case is a partial ring (eg with a center angle ⁇ 180 °) of circumferentially juxtaposed vanes.
- inner rings without axial division of the inner ring is mounted in segments on the vane ring.
- the inner ring is therefore divided in the circumferential direction into individual segments with a center point angle ⁇ 180 °, and the segments with the openings are individually “threaded” into the inner cones of the guide vanes, as far as the gaps between the segments permit.
- the segments typically have a midpoint angle not greater than 30 °.
- a method for mounting a segmented inner ring without axial division is known from the generic DE 10 2006 024 085 Al.
- the method described therein makes use of the fact that the openings in the segments of the inner ring are significantly larger in diameter than the inner pins of the guide vanes, so that the latter can be temporarily positioned eccentrically and obliquely in the openings.
- the plates of the vanes immersed in the inner ring have a conical or crowned recess.
- In the openings of the inner ring bearing bushes are then inserted radially from the inside.
- segmented inner rings have fundamental disadvantages compared to one-piece, closed (integral) inner rings. The segmentation leads to greater wear and a significantly shorter service life. In addition, the segmentation leads to an undesirable cluster swing. It is therefore desirable to use integral inner rings without axial division.
- the object of the invention is to provide a vane design that allows a better threading of an inner ring, in particular an integral inner ring in a vane ring.
- the guide vane according to the invention for a stator of a turbocompressor has an outer stator blade, which is adjoined by an airfoil, and an inner Leitschelteltel- ler, followed by an inner pin for mounting the guide vane in a Lageröffhung an inner ring.
- the peculiarity of the guide vane according to the invention is that a bevel is formed on the peripheral side of the inner vane plate.
- the invention is based on the recognition that an integral inner ring can be designed so deformable that the inner ring can be biased with a suitable geometric design of the openings of the inner ring and the inner pins of the vanes so that the deformation movement of the inner ring during its relaxation for threading the inner ring can be used in the vane ring.
- the chamfer provided on the peripheral side of the inner vane plate prevents the inner ring from colliding with the vanes when threading the inner ring. In the case of a Einfädeins by relaxing the inner ring is sufficient due to the inventively provided Fasung a smaller Vorkrürnmung the inner ring.
- the invention also relates to an assembly of an inner ring and a plurality of guide vanes according to one of the preceding claims, characterized in that the inner ring is integral and deformable for mounting on the vanes
- FIG. 1 is a perspective view of a vane ring and an inner ring not yet folded
- Figure 2 is a perspective view of a single vane
- Figure 3 is a bottom view of the vane of Figure 2.
- FIGS. 4a to 4d show a sequence of movements when threading the inner ring into the guide vane ring.
- an integral, ie undivided, one-piece inner ring 10 (see FIG. 1) with an outer radius that is constant over the circumference is provided. This radius corresponds to an inner radius of the vane ring 12 to which the inner ring 10 is to be mounted.
- the vane ring 12 is the entirety or, as described in the following assembly process, a part of the inner ring 10 to be held vanes 14, which are already pre-assembled in the tubular housing or in a housing part of the compressor.
- the vane ring 12 is in the latter case, a partial ring (preferably with a midpoint angle ⁇ 180 °) of circumferentially juxtaposed vanes 14th
- Each vane 14 of the vane ring has, as shown in Figures 2 and 3, an inner pin 16 which is mounted in an associated opening 18 (bearing depression) of the inner ring 10.
- an inner stator blade 20 connects.
- An airfoil 24 extends from an outer stator blade 22, which has a larger outer diameter than the inner stator blade 20.
- a chamfer (26) is provided on the peripheral side of the inner stator blade (20).
- the chamfer 26 may be formed by turning, milling, eroding, grinding or forging.
- FIG. 2 also indicates an auxiliary construction 28 for the exemplary generation of the chamfer as a rule geometry (conic section).
- the extrusion and cut direction is indicated by the arrow A.
- Figures 4a to 4d show in sequence the sequence of movement during threading of the integral inner ring 10 until it assumes its operating end position.
- the radially inwardly biased inner ring 10 expands outwardly, so that the vanes 14 to the outer guide plate 22 dive into the openings 18 of the inner ring 10. Due to the chamfer 26, this movement of the inner ring 10 takes place without colliding with the guide vanes 14.
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Abstract
Eine Leitschaufel (14) für einen Stator eines Turboverdichters weist einen äußeren Leitschaufelteller (22), an den ein Schaufelblatt (24) anschließt, und einen inneren Leitschaufelteller (20) auf, an den ein Innenzapfen (16) für eine Montage der Leitschaufel (16) in einer Lageröffnung (18) eines Innenrings (10) anschließt. An der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) ist eine Fase (26) gebildet.
Description
LEITSCHAUFEL FÜR EINEN STATOR EINES TURBOVERDICHTERS SOWIE
ZUGEHÖRIGE BAUGRUPPE
Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters, mit einem äußeren Leitschaufelteller, an den ein Schaufelblatt anschließt, und einem inneren Leitschau- feiteller, an den ein Innenzapfen für eine Montage der Leitschaufel in einer Lageröffhung eines Innenrings anschließt, die Erfindung betrifft ferner eine Baugruppe aus einem Innenring und mehreren erfindungsgemäßen Leitschaufeln.
Bei Turboverdichtern für Gasturbinen, die einen beschaufelten Stator aufweisen, werden die Leitschaufeln auf einem drehfesten Innenring gelagert. Der Innenring ist mit Öffnungen (La- gersenkungen) versehen, in die die Innenzapfen der Leitschaufeln einsetzbar sind. Die Installation (Montage) des Innenrings erfolgt aber erst, wenn die Leitschaufeln im rohrförmigen Verdichtergehäuse oder einem Gehäuseteil vormontiert sind. Die Gesamtheit oder, wie im später beschriebenen Montageverfahren zutreffend, ein Teil der vom Innenring zu haltenden Leitschaufeln, die im Gehäuse bzw. Gehäuseteil bereits vormontiert sind, wird hier als Leit- schaufelkranz bezeichnet. Der Leitschaufelkranz ist in letzterem Fall ein Teilring (z. D . mit einem Mittelpunktswinkel ~ 180°) von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln.
Bei Innenringen ohne axiale Teilung wird der Innenring segmentweise am Leitschaufelkranz montiert. Der Innenring ist deshalb in Umfangsrichtung in einzelne Segmente mit einem Mit- telpunkts winkel < 180° unterteilt, und die Segmente mit den Öffnungen werden einzeln in die Innenzapfen der Leitschaufeln "eingefädelt", soweit die Spalte zwischen den Segmenten dies zulassen. In der Praxis weisen die Segmente daher in der Regel einen Mittelpunktswinkel auf, der nicht größer als 30° ist.
Ein Verfahren zur Montage eines segmentierten Innenrings ohne axiale Teilung ist aus der gattungsgemäßen DE 10 2006 024 085 Al bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird ausgenutzt, dass die Öffnungen in den Segmenten des Innenrings im Durchmesser deutlich größer sind als die Innenzapfen der Leitschaufeln, so dass letztere zeitweilig exzentrisch und schräg in den Öffnungen positioniert sein können. Um die Montage zu erleichtern, weisen die in den Innenring eintauchenden Platten der Leitschaufeln eine konische oder ballige Ver- jüngung auf. In die Öffnungen des Innenrings werden anschließend radial von innen Lagerbuchsen eingesetzt.
Segmentierte Innenringe haben jedoch im Vergleich zu einteiligen, geschlossenen (integralen) Innenringen grundsätzliche Nachteile. So führt die Segmentierung zu einem größeren Verschleiß und einer erheblich verkürzten Lebensdauer. Außerdem führt die Segmentierung zu einem unerwünschten Clusterschwingen. Es wird daher angestrebt, integrale Innenringe ohne axiale Teilung zu verwenden.
Um solche Innenringe an einen Leitschaufelkranz zu montieren, ist ein Verfahren denkbar, bei dem der Innenring zunächst auf einen äußeren Radius vorgespannt wird, der kleiner ist als der äußere Radius des ungespannten Innenrings. Durch Entspannen auf seinen ursprünglichen Außenradius kann der Innenring in den Leitschaufelkranz eingefädelt werden. Einzelheiten dieses Verfahrens sind Gegenstand einer separaten Patentanmeldung, so dass an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leitschaufelgestaltung anzugeben, die ein besseres Einfädeln eines Innenrings, insbesondere eines integralen Innenrings, in einen Leitschaufelkranz ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Leitschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leitschaufel ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters weist einen äußeren Leitschaufelteller, an den ein Schaufelblatt anschließt, und einen inneren Leitschaufeltel- ler auf, an den ein Innenzapfen für eine Montage der Leitschaufel in einer Lageröffhung eines Innenrings anschließt. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Leitschaufel liegt darin, dass an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers eine Fase gebildet ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein integraler Innenring so verformbar gestaltet werden kann, dass der Innenring bei geeigneter geometrischer Auslegung der Öffnungen des Innenrings und der Innenzapfen der Leitschaufeln so vorgespannt werden kann, dass die Verformungsbewegung des Innenrings bei dessen Entspannung zum Einfädeln des Innenrings in den Leitschaufelkranz genutzt werden kann. Die an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers vorgesehene Fase verhindert beim Einfädeln des Innenrings eine Kollision des Innenrings mit den Leitschaufeln. Im Falle eines Einfädeins durch Entspannen des Innenrings
reicht aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Fasung eine geringere Vorkrürnmung des Innenrings aus.
Gegenstand der Erfindung ist auch Baugruppe aus einem Innenring und mehreren Leitschaufeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring integral ausgeführt und zur Montage an den Leitschaufeln verformbar ist
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Leitschaufelkranzes und eines noch nicht eingefä- delten Innenrings;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Leitschaufel;
Figur 3 eine Unteransicht der Leitschaufel aus Figur 2; und
Figuren 4a bis 4d eine Bewegungsabfolge beim Einfädeln des Innenrings in den Leitschaufelkranz.
Im Folgenden wird die erfmdungsgemäße Gestaltung einer Leitschaufel für einen Stator eines Turboverdichters im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Montage eines integralen Innenrings an einen Leitschaufelkranz näher erläutert. Der Innenring ist in den Figuren transparent dargestellt, um erfindungswesentliche Einzelheiten besser sichtbar zu machen.
Zunächst wird ein integraler, also ungeteilter, einstückiger Innenring 10 (siehe Figur 1) mit einem über den Umfang konstanten äußeren Radius bereitgestellt. Dieser Radius entspricht einem inneren Radius des Leitschaufelkranzes 12, an den der Innenring 10 montiert werden soll. Wie eingangs bereits erwähnt, ist der Leitschaufelkranz 12 die Gesamtheit oder, wie im folgenden Montageverfahren beschrieben, ein Teil der vom Innenring 10 zu haltenden Leitschaufeln 14, die im rohrförmigen Gehäuse bzw. in einem Gehäuseteil des Verdichters bereits vormontiert sind. Der Leitschaufelkranz 12 ist in letzterem Fall ein Teilring (vorzugsweise mit einem Mittelpunktswinkel ~ 180°) von in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Leitschaufeln 14.
Jede Leitschaufel 14 des Leitschaufelkranzes weist, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, einen Innenzapfen 16 auf, der in einer zugeordneten Öffnung 18 (Lagersenkung) des Innenrings 10 gelagert wird. An den Innenzapfen 16 schließt sich ein innerer Leitschaufelteller 20 an. Von einem äußeren Leitschaufelteller 22, der einen größeren Außendurchmesser als der innere Leitschaufelteller 20 hat, erstreckt sich ein Schaufelblatt 24. An der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) ist eine Fase (26) vorgesehen. Die Fase 26 kann durch Drehen, Fräsen, Erodieren, Schleifen oder Schmieden gebildet sein.
In Figur 2 ist auch eine Hilfskonstruktion 28 zur beispielhaften Erzeugung der Fase als Regelgeometrie (Kegelschnitt) angedeutet. Die Extrusions- und Cutrichtung ist durch den Pfeil A angegeben.
Die Figuren 4a bis 4d zeigen in zeitlicher Folge den Bewegungsablauf beim Einfädeln des integralen Innenrings 10, bis dieser seine Betriebsendlage einnimmt. Der radial nach innen vorgespannte Innenring 10 expandiert nach außen, so dass die Leitschaufeln 14 bis zum äußeren Leitschaufelteller 22 in die Öffnungen 18 des Innenrings 10 eintauchen. Aufgrund der Fase 26 erfolgt diese Bewegung des Innenrings 10 ohne Kollision mit den Leitschaufeln 14.
Claims
1. Leitschaufel (14) für einen Stator eines Turbo Verdichters, mit einem äußeren Leitschaufelteller (22), an den ein Schaufelblatt (24) anschließt, und einem inneren Leitschaufelteller (20), an den ein Innenzapfen (16) für eine Montage der Leitschaufel (16) in einer Lageröffnung (18) eines Innenrings (10) anschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Umfangsseite des inneren Leitschaufeltellers (20) eine Fase (26) gebildet ist.
2. Leitschaufel (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (26) durch Drehen, Fräsen, Erodieren, Schleifen oder Schmieden gebildet ist.
3. Leitschaufel (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase (26) eine Regelgeometrie, insbesondere die eines Kegelschnitts hat.
4. Baugruppe aus einem Innenring (10) und mehreren Leitschaufeln (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) integral ausgeführt und zur Montage an den Leitschaufeln (14) verformbar ist.
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