EP3075961A1 - Leitschaufelanordnung - Google Patents

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EP3075961A1
EP3075961A1 EP15162353.5A EP15162353A EP3075961A1 EP 3075961 A1 EP3075961 A1 EP 3075961A1 EP 15162353 A EP15162353 A EP 15162353A EP 3075961 A1 EP3075961 A1 EP 3075961A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inner ring
blade
vane assembly
ring element
guide vane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15162353.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Dreymann
Erik Porsch
Achim Schirrmacher
Dimitri Zelmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP15162353.5A priority Critical patent/EP3075961A1/de
Priority to PCT/EP2016/056571 priority patent/WO2016156211A1/de
Priority to CN201680020987.0A priority patent/CN107438702A/zh
Priority to EP16713373.5A priority patent/EP3262282A1/de
Publication of EP3075961A1 publication Critical patent/EP3075961A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/64—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps
    • F04D29/644—Mounting; Assembling; Disassembling of axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the present invention relates to a vane assembly comprising an outer ring, an inner ring and a plurality of vanes extending between the outer ring and the inner ring, each having a blade root attached to the outer ring, an airfoil extending between the outer ring and the inner ring, and a blade web having the airfoil connected and hook-like blade head, which is fixed to the inner ring, wherein the inner ring is composed of at least a first inner ring member and a second inner ring member having the first inner ring member receiving grooves through which blade webs extend therethrough, and the first inner ring member and the second inner ring member define at least one receiving space between them, which connects radially inwardly to the receiving grooves and in which the blade heads are received.
  • FIG. 16 shows a schematic perspective view of a known vane assembly 100 having an outer ring 101, an inner ring 102 and a plurality of between the outer ring 101 and the inner ring 102 extending vanes 103, each having a fixed to the outer ring 101 blade root 104, a between the outer ring 101 and Inner ring 102 extending airfoil 105 and a connected via a blade web 106 with the airfoil 105 and hook-like blade head 107 have.
  • the blade roots 104 of the guide vanes 103 are received on the outer ring 101 in correspondingly formed Schaufelfußnuten 108 and each means attached to a press fit.
  • the inner ring 102 accommodating the blade heads 107 of the guide vanes 103 is composed of a first inner ring element 109 and of a second inner ring element 110.
  • the first inner ring member 109 includes not shown receiving grooves through which the blade webs 106 extend therethrough, the blade heads 107 are disposed in an annular receiving space 111 which is defined between the first inner ring member 109 and the second inner ring member 110 and radially inwardly to the Connecting grooves connects.
  • the first inner ring element 109 and the second inner ring element 110 are screwed or welded together.
  • the blade heads 107 are caulked in the composite of the two inner ring elements 109 and 110 in order to compensate for manufacturing inaccuracies and to achieve a positive fit of the blade heads 107 within the receiving space 111. In this caulking, it comes to deformation of the inner ring 102 on the one hand and the blade heads 107 on the other.
  • the caulking described has a number of disadvantages.
  • On the one hand causes the caulking a very rigid connection of the composite and is therefore prone to cracking and wear.
  • the causes of this damage are vibrations, thermal stresses and gas forces that occur during operation with the turbomachine.
  • the caulking geometries lie directly in the flow channel and can thus disturb the flow of the medium, which is conducted through the guide vane assembly 100 during operation of the turbomachine. This can result, for example, a reduction of the efficiency.
  • Another disadvantage is that the caulking is performed partly manually or semi-manually. Accordingly, a uniform process control or process monitoring due to the strong dispersion of manufacturing parameters is possible only with great effort.
  • the present invention provides a vane assembly of the type mentioned, which is characterized in that brackets are provided which comprise the blade heads, and that the brackets have legs which engage in the receiving grooves and within the receiving grooves to produce a Support spring bias against both the corresponding vane and against the first inner ring element.
  • brackets are provided which comprise the blade heads, and that the brackets have legs which engage in the receiving grooves and within the receiving grooves to produce a Support spring bias against both the corresponding vane and against the first inner ring element.
  • Another advantage is that the stresses caused by the elastic fasteners are uniform over the component composite.
  • the flow contour of the guide vane assembly according to the invention is not affected by the recorded between the first inner ring member and the second inner ring member brackets, which is why a Reduction of the efficiency of the turbomachine is not to be feared.
  • the brackets are substantially U-shaped, resulting in a simple and inexpensive to produce stapling construction.
  • the legs of the brackets are provided with protruding projections, via which the spring elasticity of the brackets can be realized.
  • the projections formed in the form of beads can be finished with little effort.
  • the projections may be circular, elliptical, annular, rectilinear or wavy, to name just a few examples.
  • the blade heads are provided with groove-shaped and in each case a portion of a clamp substantially form-fitting receiving recesses, which prevent accidental release of the brackets preferably in the axial direction.
  • the depth of each recess is slightly greater than the thickness of the clip so that the portion of a clip received by a recess does not project outwardly beyond the clip.
  • the first inner ring member and the second inner ring member define support portions which engage in recesses of the vanes existing between the airfoils and the hook-like blade heads, defined by the hook-like shape of the blade heads. In this way, a secure hold of the blade heads between the inner ring elements is realized.
  • the first inner ring element and the second inner ring element are assembled in the axial direction, resulting in a simple mountability.
  • the first inner ring member and the second inner ring member are provided with opposing axial contact surfaces which are provided to produce a positive connection on the one hand with at least one projection and on the other hand with at least one corresponding recess which receives the at least one projection. Thanks to such a design of the contact surfaces, a defined relative positioning of the inner ring elements is achieved by the interlocking projections and depressions.
  • first inner ring element and the second inner ring element are welded together.
  • the first inner ring element and / or the second inner ring element are / is composed of individual ring segment sections attached to one another.
  • the present invention also proposes to use an at least partially resilient clip for reducing a play between a blade web of a vane, which is arranged between a blade head and a blade of the vane, and an inner ring of a vane assembly, in particular a guide vane assembly according to the invention.
  • FIGS. 1 to 15 show a vane assembly 1 according to an embodiment of the present invention and Components of the same.
  • the vane assembly 1 comprises as main components an outer ring 2, an inner ring 3 and a plurality of extending between the outer ring 2 and the inner ring 3 vanes 4, each having a fixed to the outer ring 2 blade root 5, extending between the outer ring 2 and the inner ring 3 airfoil 6 and have a connected via a blade web 7 with the blade 6 and hook-like design blade head 8, which is fixed to the inner ring 3.
  • the outer ring 2 is provided along its inner periphery with a plurality of Schaufelfußabilitynuten 9 in which the blade roots 5 of the guide vanes 4 are received and fixed by means of a press fit.
  • the inner ring 3 is composed of a first inner ring element 10 and a second inner ring element 11, wherein both the first inner ring element 10 and the second inner ring element 11 in the present case consists of a plurality of ring segments.
  • the first inner ring member 10 has a substantially T-shaped cross-section defining a radially inwardly extending support leg 12 and a substantially axially extending receiving leg 13.
  • the receiving leg 13 has a number of guide vanes 4 corresponding number of grooves 14, which are equally spaced in the circumferential direction and serve to accommodate the blade webs 7.
  • the groove bottom of each receiving groove 14 is spaced from the support leg 12 and forms a support portion 15.
  • the second inner ring member 11 has a substantially L-shaped cross-section defining an axially extending support leg 18 and a radially outwardly extending support leg 19 which is provided at its free end with a circumferential circumferential support portion 20 which projects axially and in the direction of the support leg 12 of the first inner ring element 10 has.
  • the support portion 20 forms an axial contact surface 21, which is provided with a circumferentially circumferential recess 22 which is formed corresponding to the projections 17 of the first inner ring member 10 and with these engaged.
  • the first inner ring member 10 and the second inner ring member 11 define therebetween an annular receiving space 23 which connects radially inwardly to the receiving grooves 14 of the first inner ring member 10 and in which the blade heads 8 of the vanes 4 are held positively, wherein the support portions 15 of the first inner ring element 10 and the support portion 20 of the second inner ring member 11 in between the blades 6 and the hook-like blade heads 8 existing recesses 24 of the vanes 4 engage.
  • the blade webs 7 are fixed in the associated receiving grooves 14 of the first inner ring element 10 in each case using a clamp 25, which in the present case is made of spring steel and is U-shaped.
  • the brackets 25 include a base leg 26 and two legs 27 and 28 extending outwardly from the base leg 26, hereafter referred to as side legs.
  • the side legs 27, 28 are each provided with inwardly projecting projections 29, which are designed as straight beads extending transversely to the extension direction of the side legs 27 and 28 over the entire length of the side legs 27 and 28.
  • the free ends of the side legs 27 and 28 are provided with bevels.
  • Each clip 25 is placed from above onto a blade head 8 such that the base leg is substantially positively received in a groove-shaped recess 30 of the blade head 8 and the side legs 27 and 28 engage in the receiving grooves 14, within which they both to produce a bias resiliently supported against the blade webs 7 and against the first inner ring member 10.
  • the guide vanes 4 are attached to the outer ring 2 in a first step by the blade roots are inserted into the associated Schaufelfußabilitynuten 9 of the outer ring 2 and secured by means of press fits.
  • the first inner ring element 10 of the inner ring 3 is pushed axially onto the guide vanes 4 such that the individual blade webs 7 of the guide vanes 4 are inserted into the receiving grooves 14 of the first inner ring element 10 until they abut the support sections 15 of the first inner ring element 10 , please refer FIG. 4 .
  • FIGS. 6 and 7 show a bracket 25 in the assembled state, in which the side legs 27 and 28 are supported against both the guide vane 4 and against the opposite walls of the first inner ring member 10. Thanks to the projections 29 while a resilient seat of the blade web 7 is achieved within the grooves 14 of the first inner ring member 10.
  • the second inner ring element 11 according to FIG.
  • FIG. 9 shows the second inner ring member 11 in the assembled state.
  • the first inner ring member 10 and the second inner ring member 11 are welded together, which is not shown in more detail in the figures.
  • a significant advantage associated with the illustrated vane assembly 1 is that the vanes 4, thanks to the brackets 25 in a simple way and Be attached to the inner ring with elastic movement play and a very high reproducibility. Likewise, the guide vanes 4 can also be replaced again in case of service. In addition, due to the elastic attachment achieved by the bracket 25, a damping effect occurs, which is conducive to an increase in the life of the vane assembly 1. Another advantage is that due to the brackets 25 of the composite component is evenly loaded. In addition, the flow contour of the guide vane assembly 1 according to the invention is not affected by the recorded between the first inner ring member 10 and the second inner ring member 11 brackets 25, so reducing the efficiency of the turbomachine is not to be feared.
  • FIGS. 12 to 15 show alternative embodiments of brackets 31 and 33, which differ only with respect to the projections 32 and 34 from the previously described bracket 25, for which reason the same component areas are designated by the same reference numerals.
  • the projections 32 are formed ellipse-shaped, wherein the ellipse longitudinal axis is arranged transversely to the extension direction of the side legs 27 and 28.
  • the projections 34 are provided in waveform.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung (1), die zumindest teilweise federelastisch ausgebildete Klammern (25; 31; 34) aufweist, die jeweils ein Bewegungsspiel zwischen einem Schaufelsteg (7) einer Leitschaufel (4), der zwischen einem Schaufelkopf (8) und einem Schaufelblatt (6) der Leitschaufel (4) angeordnet ist, und einem Innenring (3) der Leitschaufelanordnung (1) verringern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leitschaufelanordnung umfassend einen Außenring, einen Innenring und mehrere sich zwischen dem Außenring und dem Innenring erstreckende Leitschaufeln, die jeweils einen am Außenring befestigten Schaufelfuß, ein sich zwischen dem Außenring und dem Innenring erstreckendes Schaufelblatt und einen über einen Schaufelsteg mit dem Schaufelblatt verbundenen und hakenartig ausgebildeten Schaufelkopf aufweisen, der am Innenring befestigt ist, wobei der Innenring zumindest aus einem ersten Innenringelement und aus einem zweiten Innenringelement zusammengesetzt ist, das erste Innenringelement Aufnahmenuten aufweist, durch die sich Schaufelstege hindurch erstrecken, und das erste Innenringelement und das zweite Innenringelement zwischen sich zumindest einen Aufnahmeraum definieren, der sich radial einwärts an die Aufnahmenuten anschließt und in dem die Schaufelköpfe aufgenommen sind.
  • Derartige Leitschaufelanordnungen sind im Stand der Technik bekannt und werden bei axial durchströmten Turbomaschinen eingesetzt. So bildet eine Leitschaufelanordnung gemeinsam mit einer Laufschaufelanordnung beispielsweise eine Stufe eines Verdichters oder einer Turbine. FIG 16 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer bekannten Leitschaufelanordnung 100 mit einem Außenring 101, einem Innenring 102 und mehreren sich zwischen dem Außenring 101 und dem Innenring 102 erstreckenden Leitschaufeln 103, die jeweils einen am Außenring 101 befestigten Schaufelfuß 104, ein sich zwischen dem Außenring 101 und dem Innenring 102 erstreckendes Schaufelblatt 105 und einen über einen Schaufelsteg 106 mit dem Schaufelblatt 105 verbundenen und hakenartig ausgebildeten Schaufelkopf 107 aufweisen. Die Schaufelfüße 104 der Leitschaufeln 103 sind am Außenring 101 in entsprechend ausgebildeten Schaufelfußnuten 108 aufgenommen und jeweils mittels eines Presssitzes befestigt. Der die Schaufelköpfe 107 der Leitschaufeln 103 aufnehmende Innenring 102 ist aus einem ersten Innenringelement 109 und aus einem zweiten Innenringelement 110 zusammengesetzt. Das erste Innenringelement 109 umfasst nicht näher dargestellte Aufnahmenuten, durch die sich die Schaufelstege 106 hindurch erstrecken, wobei die Schaufelköpfe 107 in einem ringförmigen Aufnahmeraum 111 angeordnet sind, der zwischen dem ersten Innenringelement 109 und dem zweiten Innenringelement 110 definiert ist und sich radial einwärts an die Aufnahmenuten anschließt. Das erste Innenringelement 109 und das zweite Innenringelement 110 sind miteinander verschraubt oder verschweißt. Die Schaufelköpfe 107 sind im Verbund der beiden Innenringelemente 109 und 110 verstemmt, um Fertigungsungenauigkeiten zu kompensieren und einen formschlüssigen Sitz der Schaufelköpfe 107 innerhalb des Aufnahmeraums 111 zu erzielen. Bei dieser Verstemmung kommt es zur Verformung des Innenrings 102 einerseits und der Schaufelköpfe 107 andererseits.
  • Die beschriebene Verstemmung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen bewirkt die Verstemmung eine sehr starre Verbindung des Verbundes und ist damit anfällig bezüglich Rissbildung und Verschleiß. Ursächlich für dieses Schadensbild sind Vibrationen, thermische Spannungen und Gaskräfte, die während des Betriebes mit der Turbomaschine auftreten. Zum anderen liegen die Verstemmgeometrien direkt im Strömungskanal und können somit den Fluss des Mediums stören, das während des Betriebs der Turbomaschine durch die Leitschaufelanordnung 100 geleitet wird. Hieraus kann beispielsweise eine Reduzierung des Wirkungsgrades resultieren. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Verstemmen zum Teil manuell oder semimanuell durchgeführt wird. Entsprechend ist eine einheitliche Prozesslenkung bzw. Prozessüberwachung aufgrund der starken Streuung der Fertigungsparameter nur mit hohem Aufwand möglich. Auch kann es zu ungleichmäßigen Belastungen des Bauteilverbundes kommen, da die Verstemmungen nacheinander und nicht gleichzeitig erfolgen. Darüber hinaus ist eine Reproduzierbarkeit nur sehr bedingt gegeben. Zudem lassen sich verschlissene Leitschaufeln 103 im Rahmen von Wartungsarbeiten aufgrund der Verstemmung nur schwer durch neue Leitschaufeln ersetzen, da die Geometrie des Innenrings 102 im Bereich der Verstemmungen plastisch verformt ist, was bei der Installation neuer Leitschaufeln große Probleme bereiten kann.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Leitschaufelanordnung 100 der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere hinsichtlich der Montage- bzw. Fertigungskosten, Prozessstabilität und der Befestigung der Leitschaufelköpfe am Innenring Verbesserungen aufweist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Leitschaufelanordnung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Klammern vorgesehen sind, welche die Schaufelköpfe umfassen, und dass die Klammern Schenkel aufweisen, die in die Aufnahmenuten greifen und sich innerhalb der Aufnahmenuten unter Erzeugung einer Vorspannung sowohl gegen die entsprechende Leitschaufel als auch gegen das erste Innenringelement federelastisch abstützen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung besteht darin, dass sich die Leitschaufeln dank der Klammern, die bevorzugt aus Federstahl gefertigt sind, in einfacher Art und Weise am Innenring mit federelastischem Bewegungsspiel und einer sehr hohen Reproduzierbarkeit befestigen lassen. Ebenso einfach lassen sich die Leitschaufeln im Servicefall auch wieder austauschen. Aufgrund der elastischen Befestigung, die durch die Klammern erzielt wird, tritt zudem eine dämpfende Wirkung ein, die einer Erhöhung der Lebensdauer der Leitschaufelanordnung zuträglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Belastungen, die durch die elastischen Befestigungen entstehen, über dem Bauteilverbund gleichmäßig sind. Darüber hinaus wird die Strömungskontur der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung nicht durch die zwischen dem ersten Innenringelement und dem zweiten Innenringelement aufgenommenen Klammern beeinträchtigt, weshalb eine Reduzierung des Wirkungsgrades der Turbomaschine nicht zu befürchten ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Klammern im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, was zu einem einfachen und preiswert herzustellenden Klammeraufbau führt.
  • Bevorzugt sind die Schenkel der Klammern mit vorstehenden Vorsprüngen versehen, über welche die Federelastizität der Klammern realisiert werden kann.
  • Vorteilhaft die Vorsprünge in Form von Sicken ausgebildet. Derartige Sicken lassen sich mit geringem Aufwand fertigen.
  • Die Vorsprünge können kreisförmig, ellipsenförmig, ringförmig, geradlinig oder wellenförmig ausgebildet sein, um nur einige Beispiel zu nennen.
  • Vorteilhaft sind die Schaufelköpfe mit nutförmig ausgebildeten und jeweils einen Teilbereich einer Klammer im Wesentlichen formschlüssig aufnehmenden Vertiefungen versehen, die ein versehentliches Lösen der Klammern bevorzugt in axialer Richtung verhindern. Bevorzugt ist die Tiefe jeder Vertiefung geringfügig größer als die Stärke der Klammer, so dass der von einer Vertiefung aufgenommene Teilbereich einer Klammer nicht auswärts über die Klammer vorsteht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung definieren das erste Innenringelement und das zweite Innenringelement Stützabschnitte, die in zwischen den Schaufelblättern und den hakenartigen Schaufelköpfen vorhandene Ausnehmungen der Leitschaufeln greifen, die insbesondere durch die hakenartige Form der Schaufelköpfe definiert sind. Auf diese Weise wird ein sicherer Halt der Schaufelköpfe zwischen den Innenringelementen realisiert.
  • Vorteilhaft sind das erste Innenringelement und das zweite Innenringelement in axialer Richtung zusammengesetzt, woraus sich eine einfache Montierbarkeit ergibt.
  • Bevorzugt sind das erste Innenringelement und das zweite Innenringelement mit einander gegenüber angeordneten axialen Kontaktflächen versehen, die zur Erzeugung eines Formschlusses einerseits mit zumindest einem Vorsprung und andererseits mit zumindest einer korrespondierenden Vertiefung versehen sind, die den zumindest einen Vorsprung aufnimmt. Dank einer solchen Ausbildung der Kontaktflächen wird eine definierte relative Positionierung der Innenringelemente durch die ineinander greifenden Vorsprünge und Vertiefungen erzielt.
  • Vorteilhaft sind das erste Innenringelement und das zweite Innenringelement miteinander verschweißt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind/ist das erste Innenringelement und/oder das zweite Innenringelement aus einzelnen aneinander befestigten Ringsegmentabschnitten zusammengesetzt.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ferner vor, eine zumindest teilweise federelastisch ausgebildeten Klammer zur Verringerung eines Bewegungsspiels zwischen einem Schaufelsteg einer Leitschaufel, der zwischen einem Schaufelkopf und einem Schaufelblatt der Leitschaufel angeordnet ist, und einem Innenring einer Leitschaufelanordnung zu verwenden, insbesondere einer erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Leitschaufelanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich.
    • Darin ist/sind
    • FIG 1
    eine schematische Vorderansicht einer halben Leitschaufelanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    FIG 2
    eine schematische perspektivische Schnittansicht, die einen Teilbereich der in FIG 1 dargestellten Leitschaufelanordnung zeigt;
    FIG 3
    eine vergrößerte Vorderansicht des in FIG 2 mit der Bezugsziffer III bezeichneten Ausschnitts;
    FIG 4 - 10
    perspektivische Ansichten, die einzelne Zustände während einer Montage der in FIG 1 dargestellten Leitschaufelanordnung zeigen;
    FIG 11
    eine perspektivische Ansicht einer Klammer der in FIG 1 dargestellten Leitschaufelanordnung;
    FIG 12
    eine perspektivische Ansicht einer Klammer mit alternativem Aufbau;
    FIG 13
    eine Querschnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in FIG 12;
    FIG 14
    eine perspektivische Ansicht einer weiteren Klammer mit alternativem Aufbau;
    FIG 15
    eine Querschnittansicht entlang der Linie XV-XV in FIG 14 und
    FIG 16
    eine schematische perspektivische Schnittansicht, die einen Teilbereich einer bekannten Leitschaufelanordnung zeigt.
  • Die Figuren 1 bis 15 zeigen eine Leitschaufelanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bzw. Komponenten derselben. Die Leitschaufelanordnung 1 umfasst als Hauptkomponenten einen Außenring 2, einen Innenring 3 und mehrere sich zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 erstreckende Leitschaufeln 4, die jeweils einen am Außenring 2 befestigten Schaufelfuß 5, ein sich zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 3 erstreckendes Schaufelblatt 6 und einen über einen Schaufelsteg 7 mit dem Schaufelblatt 6 verbundenen und hakenartig ausgebildeten Schaufelkopf 8 aufweisen, der am Innenring 3 befestigt ist.
  • Der Außenring 2 ist entlang seines Innenumfangs mit einer Vielzahl von Schaufelfußaufnahmenuten 9 versehen, in denen die Schaufelfüße 5 der Leitschaufeln 4 aufgenommen und mittels eines Presssitzes befestigt sind.
  • Der Innenring 3 ist aus einem ersten Innenringelement 10 und aus einem zweiten Innenringelement 11 zusammengesetzt, wobei sowohl das erste Innenringelement 10 als auch das zweite Innenringelement 11 vorliegend aus mehreren Ringsegmenten besteht. Das erste Innenringelement 10 weist einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf, der einen sich radial einwärts erstreckenden Stützschenkel 12 und einen sich im Wesentlichen axial erstreckenden Aufnahmeschenkel 13 definiert. Der Aufnahmeschenkel 13 weist eine der Anzahl der Leitschaufeln 4 entsprechende Anzahl von Aufnahmenuten 14 auf, die in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind und zur Aufnahme der Schaufelstege 7 dienen. Der Nutgrund jeder Aufnahmenut 14 ist von dem Stützschenkel 12 beabstandet und bildet einen Stützabschnitt 15. An seinem freien Ende definiert der Aufnahmeschenkel 13 zwischen den einzelnen Aufnahmenuten 14 axiale Kontaktflächen 16, die mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden und axial vorstehenden Vorsprüngen 17 versehen sind. Das zweite Innenringelement 11 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, der einen sich axial erstreckenden Auflageschenkel 18 und einen sich radial auswärts erstreckenden Halteschenkel 19 definiert, der an seinem freien Ende mit einem umfänglich umlaufenden Stützabschnitt 20 versehen ist, der axial vorsteht und in Richtung des Stützschenkels 12 des ersten Innenringelementes 10 weist. Der Stützabschnitt 20 bildet eine axiale Kontaktfläche 21, die mit einer sich in Umfangsrichtung umlaufende Vertiefung 22 versehen ist, die korrespondierend zu den Vorsprüngen 17 des ersten Innenringelementes 10 ausgebildet und mit diesen in Eingriff ist. Das erste Innenringelement 10 und das zweite Innenringelement 11 definieren zwischen sich einen ringförmigen Aufnahmeraum 23, der sich radial einwärts an die Aufnahmenuten 14 des ersten Innenringelementes 10 anschließt und in dem die Schaufelköpfe 8 der Leitschaufeln 4 formschlüssig gehalten sind, wobei die Stützabschnitte 15 des ersten Innenringelementes 10 und der Stützabschnitt 20 des zweiten Innenringelementes 11 in zwischen den Schaufelblättern 6 und den hakenartigen Schaufelköpfen 8 vorhandene Ausnehmungen 24 der Leitschaufeln 4 greifen.
  • Die Schaufelstege 7 sind in den zugeordneten Aufnahmenuten 14 des ersten Innenringelementes 10 jeweils unter Verwendung einer Klammer 25 fixiert, die vorliegend aus Federstahl hergestellt und U-förmig ausgebildet ist. Die Klammern 25 umfassen einen Basisschenkel 26 und zwei sich von dem Basisschenkel 26 auswärts erstreckende Schenkel 27 und 28, die nachfolgend als Seitenschenkel bezeichnet werden. Die Seitenschenkel 27, 28 sind jeweils mit einwärts vorstehenden Vorsprüngen 29 versehen sind, die als geradlinige Sicken ausgeführt sind, die sich quer zur Erstreckungsrichtung der Seitenschenkel 27 und 28 über die gesamte Länge der Seitenschenkel 27 und 28 erstrecken. Die freien Enden der Seitenschenkel 27 und 28 sind mit Schrägen versehen. Jede Klammer 25 ist von oben derart auf einen Schaufelkopf 8 aufgesetzt, dass der Basisschenkel im Wesentlichen formschlüssig in einer nutförmig ausgebildeten Vertiefung 30 des Schaufelkopfes 8 aufgenommen und die Seitenschenkel 27 und 28 in die Aufnahmenuten 14 greifen, innerhalb der sie sich unter Erzeugung einer Vorspannung sowohl gegen die Schaufelstege 7 als auch gegen das erste Innenringelement 10 federelastisch abstützen.
  • Zur Montage der Leitschaufelanordnung 1 werden in einem ersten Schritt die Leitschaufeln 4 am Außenring 2 befestigt, indem die Schaufelfüße in die zugeordneten Schaufelfußaufnahmenuten 9 des Außenrings 2 eingesetzt und mittels Presssitzen befestigt werden. In einem weiteren Schritt wird das erste Innenringelement 10 des Innenrings 3 axial derart auf die Leitschaufeln 4 aufgeschoben, dass die einzelnen Schaufelstege 7 der Leitschaufeln 4 in die Aufnahmenuten 14 des ersten Innenringelementes 10 eingeführt werden, bis diese an den Stützabschnitten 15 des ersten Innenringelementes 10 anschlagen, siehe FIG 4. In einem weiteren Schritt werden die Klammern 25, wie es in FIG 5 dargestellt ist, jeweils von oben auf die Schaufelköpfe 8 aufgeschoben, bis die beiden Seitenschenkel 27 und 28 der Klammer 25 in die Aufnahmenut 14 eingesetzt sind und der Basisschenkel 26 der Klammer 25 in der am Schaufelkopf 8 vorgesehenen Vertiefung 30 aufgenommen ist. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Klammer 25 im montierten Zustand, in dem sich die Seitenschenkel 27 und 28 sowohl gegen die Leitschaufel 4 als auch gegen die einander gegenüberliegenden Wandungen des ersten Innenringelementes 10 abstützen. Dank der Vorsprünge 29 wird dabei ein federelastischer Sitz der Schaufelstege 7 innerhalb der Aufnahmenuten 14 des ersten Innenringelementes 10 erzielt. In einem sich anschließenden Schritt wird das zweite Innenringelement 11 gemäß FIG 8 axial auf das erste Innenringelement 10 aufgeschoben, bis der Stützabschnitt 20 des zweiten Innenringelementes 11 in die zugehörige Ausnehmung 24 der Leitschaufeln 4 eingesetzt ist und die Vorsprünge 17 des ersten Innenringelementes 10 mit der am zweiten Innenringelement 11 ausgebildeten Vertiefung 22 in Eingriff sind. FIG 9 zeigt das zweite Innenringelement 11 im montierten Zustand. In einem letzten Schritt werden das erste Innenringelement 10 und das zweite Innenringelement 11 miteinander verschweißt, was in den Figuren jedoch nicht näher dargestellt ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil, der mit der beschriebenen Leitschaufelanordnung 1 einhergeht, besteht darin, dass sich die Leitschaufeln 4 dank der Klammern 25 in einfacher Art und Weise am Innenring mit federelastischem Bewegungsspiel und einer sehr hohen Reproduzierbarkeit befestigen lassen. Ebenso einfach lassen sich die Leitschaufeln 4 im Servicefall auch wieder austauschen. Aufgrund der elastischen Befestigung, die durch die Klammer 25 erzielt wird, tritt zudem eine dämpfende Wirkung ein, die einer Erhöhung der Lebensdauer der Leitschaufelanordnung 1 zuträglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der Klammern 25 der Bauteilverbund gleichmäßig belastet wird. Darüber hinaus wird die Strömungskontur der erfindungsgemäßen Leitschaufelanordnung 1 nicht durch die zwischen dem ersten Innenringelement 10 und dem zweiten Innenringelement 11 aufgenommenen Klammern 25 beeinträchtigt, weshalb eine Reduzierung des Wirkungsgrades der Turbomaschine nicht zu befürchten ist.
  • Die Figuren 12 bis 15 zeigen alternative Ausgestaltungen von Klammern 31 und 33, die sich lediglich hinsichtlich der Vorsprünge 32 bzw. 34 von der zuvor beschriebenen Klammer 25 unterscheiden, weshalb gleiche Bauteilbereiche mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Bei der in den Figuren 12 und 13 dargestellten Klammer 31 sind die Vorsprünge 32 ellipsenförmig ausgebildet, wobei die Ellipsenlängsachse quer zur Erstreckungsrichtung der Seitenschenkel 27 und 28 angeordnet ist. Bei der in den Figuren 15 und 15 dargestellten Klammer 33 sind die Vorsprünge 34 in Wellenform vorgesehen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Leitschaufelanordnung (1) umfassend einen Außenring (2), einen Innenring (3) und mehrere sich zwischen dem Außenring (2) und dem Innenring (3) erstreckende Leitschaufeln (4), die jeweils einen am Außenring (2) befestigten Schaufelfuß (5), ein sich zwischen dem Außenring (2) und dem Innenring (3) erstreckendes Schaufelblatt (6) und einen über einen Schaufelsteg (7) mit dem Schaufelblatt (6) verbundenen und hakenartig ausgebildeten Schaufelkopf (8) aufweisen, der am Innenring (3) befestigt ist,
    wobei der Innenring (3) zumindest aus einem ersten Innenringelement (10) und aus einem zweiten Innenringelement (11) zusammengesetzt ist, das erste Innenringelement (10) Aufnahmenuten (14) aufweist, durch die sich Schaufelstege (7) hindurch erstrecken, und das erste Innenringelement (10) und das zweite Innenringelement (11) zwischen sich zumindest einen Aufnahmeraum (23) definieren, der sich radial einwärts an die Aufnahmenuten (14) anschließt und in dem die Schaufelköpfe (8) aufgenommen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Klammern (25; 31; 34) vorgesehen sind, welche die Schaufelköpfe (8) umfassen, und
    dass die Klammern (25; 31; 34) Schenkel (27, 28) aufweisen, die in die Aufnahmenuten (14) greifen und sich innerhalb der Aufnahmenuten (14) unter Erzeugung einer Vorspannung sowohl gegen die Leitschaufel (4) als auch gegen das erste Innenringelement (10) federelastisch abstützen.
  2. Leitschaufelanordnung (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Klammern (25; 31; 34) im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind.
  3. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schenkel (27, 28) der Klammern (25; 31; 34) mit vorstehenden Vorsprüngen (29; 32; 34) versehen sind.
  4. Leitschaufelanordnung (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorsprünge (29; 32; 34) in Form von Sicken ausgebildet sind.
  5. Leitschaufelanordnung (1) nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorsprünge (29; 32; 34) kreisförmig, ellipsenförmig, ringförmig, geradlinig oder wellenförmig ausgebildet sind.
  6. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaufelköpfe (8) mit nutförmig ausgebildeten und jeweils einen Teilbereich einer Klammer (25; 31; 34) im Wesentlichen formschlüssig aufnehmenden Vertiefungen (30) versehen sind.
  7. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Innenringelement (10) und das zweite Innenringelement (11) Stützabschnitte (15, 20) definieren, die in zwischen den Schaufelblättern (6) und den hakenartigen Schaufelköpfen (8) vorhandene Ausnehmungen (24) der Leitschaufeln (4) greifen.
  8. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Innenringelement (10) und das zweite Innenringelement (11) in axialer Richtung zusammengesetzt sind.
  9. Leitschaufelanordnung (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Innenringelement (10) und das zweite Innenringelement (11) mit einander gegenüber angeordneten axialen Kontaktflächen (16, 21) versehen sind, die zur Erzeugung eines Formschlusses einerseits mit zumindest einem Vorsprung (17) und andererseits mit zumindest einer korrespondierenden Vertiefung (22) versehen sind, die den zumindest einen Vorsprung (17) aufnimmt.
  10. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Innenringelement (10) und das zweite Innenringelement (11) miteinander verschweißt sind.
  11. Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Innenringelement (10) und/oder das zweite Innenringelement (11) aus einzelnen aneinander befestigten Ringsegmentabschnitten zusammengesetzt sind/ist.
  12. Verwendung einer zumindest teilweise federelastisch ausgebildeten Klammer (25; 31; 34) zur Verringerung eines Bewegungsspiels zwischen einem Schaufelsteg (7) einer Leitschaufel (4), der zwischen einem Schaufelkopf (8) und einem Schaufelblatt (6) der Leitschaufel (4) angeordnet ist, und einem Innenring (3) einer Leitschaufelanordnung, insbesondere einer Leitschaufelanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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