DE2120472A1 - Feststellvorrichtung fur die Schau fein einer Turbinenanlage - Google Patents

Description

Dr. rer. nah Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, den26. April 1971 Niddastraße 52 RO /WK /hö

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I776-I3D-5O53

GENERAL ELECTRIC COMPANY

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SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Pestste11vorrichtung für die Schaufeln einer Turbinenanlage

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen am Läufer einer Turbinenanlage und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zum Peststellen der Schaufeln an einem solchen Läufer.

Bei der Herstellung von mit Schaufeln versehenen Läufern für Turbinenanlagen werden die Schaufeln gewöhnlich mittels
schwalbenschwanzförmiger, am Fuß der Schaufeln sitzender

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Ansätze am Läufer befestigt, der in seiner Umfangsfläche entsprechende, quer verlaufende Nuten aufweist, in die die Ansätze einschiebbar sind. Insbesondere bei Gasturbinentriebwerken für Luftfahrzeuge ist es des weiteren üblich, die in den Läufernuten sitzenden Schaufeln durch Metallstreifen festzulegen, die durch die Läufernuteh geschoben und deren*Enden so umgebogen werden, daß sie sowohl die Ansätze als auch die benachbarten Seitenteile des Läufers überdecken. Eine derartige Vorrichtung ist einfach und ermöglicht ein Auswechseln einzelner Schaufeln, falls dies notwendig ist.

P Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß jede Relativbewegung zwischen Schaufel und Läufer in axialer Richtung durch einen Teil des zur Festlegung dienenden Bauteils, das nach dem Zusammenbau umgebogen wurde, aufgenommen wird. Während solch ein zur Festlegung dienendes Bauteil so konstruiert werden kann, daß es einwandfrei funktioniert, können hinsichtlich der Zuverlässigkeit Probleme auftreten, wenn versucht wird, dieses Bauteil wieder zu verwenden, oder wenn es nicht genau nach Vorschrift hergestellt oder benutzt wird. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die umgebogenen zur Feststellung dienenden Metallstreifen nicht besonders zur Festlegung von Schaufeln mit einer Ummantelung an einer mittleren Stelle ihrer Länge oder an . ihrem äußeren Ende geeignet sind. Bei ummantelten Schaufeln muß * nämlich die Schaufel, bevor sie aus der Nut entfernt werden kann, radial nach innen verschoben werden. Ein weiterer Nachteil dieser Schaufelfeststellvorrichtungen ist, daß zum Einsetzen und Entfernen der Schaufeln im allgemeinen Zugang zu beiden Seiten der Nuten erforderlich ist. In einigen Fällen ist es durch andere Konstruktionserfordernisse lästig oder auch •nicht möglich, solch einen Zugang während der routinemäßigen Instandsetzungsarbeiten oder ähnlichem, bei denen die Entfernung einer oder mehrerer Schaufeln notwendig ist, zu schaffen.

Zur Beseitigung dieser geschilderten Nachteile sind bereits viele Schaufelfeststellvorrichtungen vorgeschlagen worden. So

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beschreibt die US-Päentschrift 3 395 89I eine Vorrichtung, bei der eine zwangsläufige Feststellung der Schaufeln ohne Umbiegen irgendeines Einzelteils erfolgt und zum Einsetzen und Entfernen der Schaufeln nur eine Seite des Läufers zugänglich sein muß. Diese Feststellvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß sie drei selbständige Einzelteile umfaßt, die bei jedem Einsetzen und Entfernen einer Schaufel gesondert gehandhabt werden müssen. Dies hat zur Folge, daß das Einsetzen und Entfernen einer Schaufel einen relativ langwierigen Prozeß darstellt und die Gefahr besteht, daß ein oder mehrere der Teile falsch angebracht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaufelfeststellvorrichtung zu schaffen, die besonders für ummantelte Schaufeln, die beim Einsetzen und Entfernen relativ zum Läufer radial verschoben werden müssen, geeignet ist und eine Einheitsbaugruppe enthält, um die für das Einsetzen und Entfernen einer Schaufel erforderliche Zeit zu verringern und die Gefahr eines Verlustes und eines falschen Anbringens von Bauteilen auf ein Mindestmaß zurückzuführen.

Diese Aufgabe wird durch eine Einheitsbaugruppe gelöst, die einen Distanzhalter, eine mit einem Kopf versehene, sich über die Länge des Distanzhalters erstreckende Schraube, eine auf das Gewindeende der Schraube aufschiebbare Platte und eine auf das Gewindeende aufschraubbare Mutter umfaßt. Der Schraubenkopf befindet sich in einer Stellung der Schraube in einer geraden Linie mit dem Distanzhalter, und die Baugruppe kann in den Raum zwischen Schaufelansatζ und dem Boden der den Schaufelansatz aufnehmenden Läufernut eingesetzt werden. Danach wird die Schraube gedreht, so daß ihr Kopf die Seite des Läufers und den Schaufelansatz überdeckt. Dann wird die Mutter fest angezogen, wodurch die Platte gegen die andere Seite des Läufers und des Schaufelansatzes gedrückt wird. Zusätzliche Elemente verhindern eine Relativverdrehung zwischen Schraube, Distanzhai- , ter und Platte, um eine sachgemäße Lage dieser Teile zueinander bei einer Feststellung der Schaufel zu sichern.

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Diese und weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Axialflußverdichters, der teilweise entlang der Mittellinie einer eine Schaufel festhaltenden Nut verläuft,

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, der in verkleinertem Maßstab einen größeren Teil des Verdichters zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. H einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab, wobei eine der Schaufeln entfernt ist,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen SchaufelfestStellvorrichtung und

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Einheitsbaugruppe mit weggebrochenen Teilen.

Die Figuren 1 und 2 zeigen die erste Stufe eines Axialflußverdichters des Typs, wie er in Gasturbinentriebwerken verwendet wird. Von der Triebwerkseinlaßöffnung strömt Luft durch einen ringförmigen Durchflußkanal, dessen äußere Begrenzung durch das Verdichtergehäuse 10 und dessen innere Begrenzung durch Rampenelemente 12 gebildet wird. Einige der Rampenelemente 12 sind feststehend und einige bilden mit dem Läufer des Verdichters eine Einheit.

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Die Luft strömt zuerst durch eine Umfangsreihe von Einlaßführungsschaufeln 14 und danach durch eine umfangsreihe von auf dem Läufer 17 des Verdichters befestigten Schaufeln 16. Der Läufer 17 des Verdichters enthält in einer ersten Stufe eine Scheibe 18, die über einen Steg 20 an einer konischen Welle befestigt ist. Die Welle 22 bildet einen Teil der aus Einzelteilen zusammengesetzten Läuferkonstruktion. Stromabwärts von den Schaufeln 16 befindet sich eine Reihe von Statorschaufeln 25j die am Verdichtergehäuse 10 befestigt sind. Die äußeren Teile der Schaufeln 16 besitzen die Form eines gewölbten Tragflügelprofils und sind aufgrund ihrer Länge mit eine mittlere Stützweite aufweisenden Umhüllungen 26 versehen, die sich von den entgegengesetzten Seiten des Flügelprofils erstrecken und auf entsprechenden Umhüllungsteilen an benachbarten Schaufeln aufliegen. Solche Umhüllungen dienen bekanntlich dazu, die Schaufelvibration auf ein Mindestmaß herabzusetzen.

Die inneren Enden der Schaufeln 16 gehen in schwalbenschwanzförmige Ansätze 28 über, die in entsprechend ausgebildete, in einen Umfangsrand 32 der Scheibe 18 eingeformte Nuten 30 einsetzbar sind. Die Nuten 30 verlaufen unter einem Winkel zur Achse des Läufers, die in Fig. 5 durch die Linie X dargestellt ist. Diese Winkelbeziehung entspricht der Winkelbeziehung des Flügelprofilteils der Schaufel und vermindert die Zugbelastung des Ansatzes, die von der während der Läuferrotation auf die Schaufel wirkenden Zentrifugalkraft herrührt. Jede Schaufel ist mittels einer Feststellvorrichtung 34, die in den Figuren 5-7 näher beschrieben wird, örtlich festgelegt.

Die Feststellvorrichtung 34 umfaßt vier Elemente: einen Distanzhalter 36, eine Schraube 38, eine Platte 40 und eine Mutter Der Distanzhalter 36 besteht vorzugsweise aus einer oberen Leiste 44 und einer unteren Leiste 46, die durch an diese angeformte, senkrechte Stege 48 miteinander verbunden und im Abstand zueinander gehalten sind. An der oberen Leiste 44 befinden sich flügelartige Ansätze 50, die zur Verminderung des Gewichts

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Durchbrechungen 52 aufweisen. Die Schraube 38 geht durch zueinander ausgerichtete Bohrungen 54 in den Stegen 48. Durch die Platte 40 ragt das Gewindeende 39 der Schraube 38, auf das die Mutter 42 aufgebraubt ist. Es ergibt sich somit eine Einheitsbaugruppe, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist. An ihrem dem Gewinde gegenüberliegenden Ende ist die Schraube 38 mit einem flachen Kopf 43 versehen.

Ein weiteres, besonders erwähnenswertes Merkmal der PestStellvorrichtung 34 besteht darin, daß an einem Ende des Distanzhalters 36 ein horizontaler Schlitz 56 vorgesehen ist, der durch die beiden Leisten 44 und 46 begrenzt wird und zur Aufnahme eines an der Unterseite des Schraubenkopfes 43 sitzenden Vorsprungs 58 dient. Die Schraube 38 besitzt,, wie aus der Fig. 7 hervorgeht, eine Länge, die größer als die des Distanzhalters 36 ist, so daß ihr Kopfende über den Distanzhalter, wie dargestellt, hinausragen kann. Des weiteren erkennt man, daß die Platte 40 mit einem Lappen 60 versehen ist, der eine Relativverdrehung zwischen dem Distanzhalter und der Platte 40 in ihrem montierten Zustand verhindert.

Die Handhabung der Feststellvorrichtung sei im Zusammenhang mit dem Auswechseln einer der Schaufeln 16 näher erläutert. Bei solchen Instandsetzungsarbeiten wird das Verdichtergehäuse 10 oder eine Hälfte desselben von dem Triebwerk abgenommen und mit ihm die Reihe der in Fig. 1 dargestellten Schaufeln 25. Dadurch wird die rückwärtige Seite der Läuferscheibe 18 der ersten Stufe zugänglich. Es sei angenommen, daß eine der Schaufeln entfernt worden ist und nun beispielsweise die Schaufel der Fig. 2, die ohne Feststellvorrichtung dargestellt ist, plaziert wird. Diese Schaufel wird radial nach außen verschoben, so daß zwischen dem an der Schaufel befindlichen Ansatz und dem Boden der Nut 30 ein Abstand entsteht. Die Schraube 38 der Feststellvorrichtung 34 wird in die in Fig. 7 gezeigte Stellung gedreht, in der der Vorsprung 58 über das Ende des Distanzhalters 36 hinausragt. Der Schraubenkopf 43 besitzt eine Höhe, die gleich

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der oder kleiner als die Höhe des Abstandes zwischen Schaufelansatz und Nutboden ist, während die Höhe des Distanzhalters nahezu gleich groß wie der Abstand ist. Dies wird ferner durch die gestrichelt gezeichnete Lage des Schraubenkopfes 43 in Fig. 4 verdeutlicht.Demzufolge kann die Feststellvorrichtung ohne Schwierigkeiten unter dem Schaufelansatζ von der stromabwärts liegenden Seite der Läuferscheibe 18 eingesetzt werden.

Nach dem Einsetzen der Feststellvorrichtung wird, wie im wesentlichen aus Fig. 5 hervorgeht, die Schraube 38 gedreht, um den Schraubenkopf 43 in eine Stellung zu bringen, wie sie in Fig. 7 gestrichelt und in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Die Breite des Schraubenkopfes 43 ist größer als die Höhe des Abstandes zwischen Schaufelansatz und Nutboden und kleiner als die Breite der Nut, so daß er wie beschrieben eingesetzt werden und nach einer Drehung eine Seite der Läuferscheibe und ein Ende des Schaufelansatzes überdecken kann. Die Drehung der Schraube erfolgt in einer solchen Richtung, daß die unter einem Winkel zur Schraubenlängsachse verlaufende Innenfläche des Kopfes 43 zu der Seitenfläche der Scheibe und der Endfläche des Schaufelansatzes ausgerichtet und somit die Winkelbeziehung der Nut in Betracht gezogen ist. Die Schraube 38 wird dann in eine stromabwärts gerichtete Richtung gezogen, so daß der Vorsprung 58 in den Schlitz 56 gelangt. Danach wird die Mutter 42 fest angezai^en, wodurch die Feststellvorrichtung 34, wie aus den Figuren 3> 4 und 5 ersichtlich ist, sicher verspannt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die flügelartigen Ansätze 50 die Feststellvorrichtung 34 in der Nut 30 zentrieren und daß die Länge des Distanzhalters 36 geringfügig größer als die Länge der Nut 30 ist, um eine zu starke Zugbeanspruchung des Schraubenkopfes 43 zu vermeiden. Des weiteren sei bemerkt, daß die Platte 40 zwecks Ausrichtung gegenüber der Läuferscheibenseite mit ihrer Innenseite unter einem Winkel zur Schraubenlängsachse verläuft. Um einen sicheren Sitz der Mutter 42 zu erhalten, ist die Außenfläche der Platte 40 mit einer Ebene versehen, die senkrecht auf der Schraubenlängsachse steht. Ferner besitzt

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die Platte 40 eine größere Umrißlinie als die zwischen Schaufelansatz und Nutboden, um einen Abfluß verdichteter Luft von der Unterstromseite zur Oberstromseite des Läufers zu verhindern.

Das Herausnehmen der Peststellvorrichtung zur Entfernung oder zum Austausch einer Schaufel 16 verläuft genau umgekehrt wie das beschriebene Einsetzen. Auch beim Herausnehmen der Peststellvorrichtung ist lediglich ein Zugang zu der Unterstromseite der Läuferscheibe 18 erforderlich.

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Claims (2)

- 9 -Ansprüche

1. Vorrichtung zum Peststellen der radial von einem Läufer einer Turbinenanlage wegragenden Schaufeln, von denen jede an ihrem inneren Ende einen schwalbenschwanzförmigen Ansatz und der Läufer von einer Seite seiner Umfangsfläche zur anderen quer verlaufende, schwalbenschwanzförmige Nuten aufweist, in die die Schaufeln mit Abstand zwischen dem Ansatz und dem Nutboden einsetzbar sind, gekennzeichnet durch einen Distanzhalter (36) mit einer über seine Länge gehenden Durchführung (5*0 und einer dem Abstand zwischen dem Ansatz (28) und dem Nutboden angenäherten Höhe, eine die Durchführung (5*0 durchsetzende und drehbar in dieser angeordnete Schraube (38) mit einer gegenüber dem Distanzhalter (36) größeren Länge, die an einem Ende mit einem Gewindeteil (39) und am anderen Ende mit einem Kopf (43) versehen ist, dessen Höhe kleiner oder gleich der Distanzhalterhöhe und dessen Breite größer als die Distanzhalterhöhe und kleiner als die größte Breite der Läufernut (30) ist, eine auf das Gewindeteil (39) aufschiebbare Platte (40) und eine auf das Gewindeteil (39) aufschraubbare Mutter (42), die zusammen eine Einheitsbaugruppe bilden, die in den Zwischenraum zwischen Ansatz (28) und Nutboden einsetzbar 1st, wobei die Schraube (38) zur Anpassung ihres Kopfes (43) an den Ansatz (28) und eine Seite des Läufers verdrehbar ist und der Distanzhalter (36) durch Pestziehen der am Ansatz (28) und der anderen Seite des Läufers anliegenden Mutter (42) verspannbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwischen dem Distanzhalter (36) und der Schraube (38) zur Wirkung gelangende Mittel (58), durch die die Schraube (38) gegen eine Verdrehung relativ zum Distanzhalter (36) feststellbar ist, wenn der Schraubenkopf (43) in eine ausgewählte Lage, In der er den Schaufelansatz (28) und die eine Seite des Läufers erfassen kann, gebracht und dicht an den Distanzhalter (36) herangezogen ist.

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Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Distanzhalter (36) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, die Platte (40) eine größere Umrißlinie als die des Zwischenraumes zwischen den Schaufelansätzen (28) und den Nutböden besitzt und zwischen der Schraube (38) und der Platte (40) wirkende Mittel (60) vorgesehen sind, um die Platte (40) in einer überdeckungslage gegenüber dem Distanzhalter (36) festzulegen, wenn die Mutter (42) auf den Gewindeteil (39) der Schraube (38) vollständig aufgeschraubt ist.

Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3_S dadurch gekennzeichnet , daß der Distanzhalter (36) eine relativ dünne obere und untere, jeweils eine der Länge der Läufernuten (30) angenäherte Länge besitzende Leiste (44, 46), die durch an diese angeformte, senkrechte und quer verlaufende Stege (48) mit zueinander ausgerichteten, die Durchführung für die Schraube (38) bildenden Bohrungen (54) im Abstand zueinander gehalten sind, und von einer der Leisten (44) seitlich wegragende, flügeiförmige Ansätze (50) umfaßt, die den Distanzhalter (36) in der Nut (30) zentrierend an den Nutseiten angreifen, daß an die Schraube (38) an der Unterseite des Kopfes (43) ein kurzer Vorsprung (58) angeformt ist, der zwischen die Enden der Leisten (44, 46) eingreift, wenn der Schraubenkopf (43) in eine ausgewählte Lage, in der er den Schaufelansatz (28) und die eine Seite des Läufers erfassen kann, gebracht und dicht an den Distanzhalter (36) herangezogen ist, und daß die Platte (40) eine größere Umrißlinie als die des Zwischenraumes zwischen den Schaufelansätzen (28) und den Nutböden und einen mit dem Distanzhalter (36) in Eingriff bringbaren Lappen (60) aufweist, um die Platte (40) in einer Überdeckungslage gegenüber dem Distanzhalter (36) festzulegen, wenn die Mutter (42) auf den Gewindeteil (39) der Schraube (38) vollständig aufgeschraubt ist.

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Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Feststellen einer Schaufel in einer Nut, deren Achse senkrecht zu den Läuferseiten und unter einem Winkel zur Läuferachse verläuft, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Oberflächen des Schraubenkopfes (43) und der Platte (40) die gleiche, ein bündiges Anliegen an den Seiten der Läuferscheibe (18) und der Schaufelansätze (28) erlaubende Winkelbeziehung aufweisen und der die Schraube (38) umgebende Teil der äußeren Oberfläche der Platte (¹IO) eine senkrecht zur Schraubenlängsachse verlaufende Ebene aufweist, die ein bündiges Anliegen der dagegen geschraubten Mutter (42) erlaubt.

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