Beschreibung

Schaufelbefestigung einer Turbine

Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufelsicherung für eine Strömungsmaschine.

Schaufelbefestigungen der oben genannten Art werden in der Regel zum Befestigen von Laufschaufeln an einem Rotor einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise einer Dampfturbine, verwendet, die bei Rotation des Rotors mit hoher Geschwindig ^¬ keit umlaufen. Durch die schnelle Rotation des Rotors werden die zugehörigen Laufschaufeln einer hohen Fliehkraft unter- worfen. Der Schaufelfuß der Schaufeln ist daher hohen Kräften ausgesetzt und wird in einer Nut am Schaufelhalter stark radial nach außen gedrängt. Darüber hinaus sind die Schaufeln starken Schwingungsbelastungen ausgesetzt, so dass es an der Nut zu mechanischen Beschädigungen, Materialermüdungen, Kor- rosion und einer Wanderbewegung des Schaufelfußes innerhalb der Nut kommen kann.

Zum Festlegen des Schaufelfußes innerhalb der Nut sind ver ^¬ schiedene Lösungen, wie beispielsweise Metallkeile, Feder- ringe oder Abdichtungsstücke bekannt. Metallkeile stellen zwar sowohl axial als auch radial eine Arretierung des zuge ^¬ hörigen Schaufelfußes innerhalb einer Nut her, bei großen Schaufeln ist es mit solchen Metallkeilen aber schwierig, dass während der Rotation der Schaufel ausreichend Halte- kräfte in radialer Richtung erzeugt werden. Tellerfedern erzeugen lediglich radiale Haltekräfte und erfordern zusätzlichen Aufwand für eine Arretierung in Längsrichtung der zugehörigen Nut. Ferner sind für Tellerfedern während der Montage aufwendige Messungen erforderlich. Als Abdichtungsstücke müs- sen immer zwei Teile vorgesehen sein, deren Montage darüber hinaus teilweise der Bearbeitung der Teile von Hand bedarf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Turbinenschau- felsicherung bereitzustellen, bei der über einen langen Betriebszeitraum hinweg eine präzise und schwingungsarme Halte- rung von Turbinenschaufeln in zugehörigen Schaufelhaltern sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Turbinenschaufelsicherung umfassend einen in einer axialen Richtung bewegbaren Keil, wobei ein Zugmittel derart mit dem Keil zusammenwirkt, dass der Keil durch das Zugmittel in axialer Richtung bewegbar ist, wobei der Keil derart ausgebildet ist, dass die Bewegung des Keils in axialer Richtung zu einer Kraft auf eine zu sichernde Turbinenschaufel in radialer Richtung führt.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die zu sichernde Turbinenschaufel, die in einem Schaufelhalter gehalten ist, durch eine radial wirkende Kraft gesichert wer ^¬ den muss. Das Zugmittel übernimmt hierbei die Aufgabe, den Keil in axialer Richtung zu bewegen. Durch die Bewegung des Keils entsteht eine radiale Kraft, die wirkt auf die Turbi ^¬ nenschaufel in einer radialen Richtung. Durch eine minimale Bewegung der Turbinenschaufel in radialer Richtung wird der Schaufelfuß in den Schaufelhalter gedrückt. Die Turbinenschaufel wird dadurch derart gesichert, dass eine Kippbewe- gung nahezu vermieden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. So ist es von Vorteil, wenn der Keil an einer entsprechenden Turbinenschaufelfußanlageflache in der zu sichernden Turbinenschaufel anliegt. Dadurch ist eine Mög ^¬ lichkeit angegeben, den Keil und/oder die Turbinenschaufel einfach und kostengünstig herzustellen, um eine möglichst gute Kraftübertragung zu erhalten.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Keil an einer entsprechenden Rotoroberflächen-Anlegefläche ange ^¬ legt. Dies wäre eine alternative Möglichkeit die Turbinen ^¬ schaufelsicherung auszubilden. Statt die schräge Keilfläche

an den Turbinenschaufelfuß anzulegen, wird in dieser vorteil ^¬ haften Weiterbildung vorgeschlagen, den Keil an einer entsprechenden schrägen Keilfläche im Schaufelhalter anzulegen. Dies hat den Vorteil, dass der Schaufelfuß nicht bearbeitet werden muss. Außerdem wirkt sich dies günstig auf den Kraft- fluss im Fuß aus.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Frästeil vorgesehen, dass die Rotoroberflächen-Anlagefläche aufweist. Dies hat den Vorteil, dass der Schaufelhalter lediglich mit einer Nut ausgeführt werden muss und dass Frästeil in die Nut ein ^¬ gesetzt werden kann. Das Frästeil kann in großen Mengen vorgefertigt werden. Der Schaufelhalter kann dadurch einfach hergestellt werden, da lediglich eine Nut benötigt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Zugmittel ein Gewinde auf, das in ein komplementäres Gegenge ^¬ winde im Keil eingreift. Dadurch wird mit einfachen Mitteln das Zugmittel derart weitergebildet, dass es leicht herstell- bar ist. Der Keil bewegt sich, indem das Zugmittel gedreht wird. Je nach dem welche Steigung das Gewinde hat, ist die übertragbare Kraft auf den Turbinenschaufelfuß unterschied ^¬ lich .

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Sicherungssegment vorgesehen, dass derart ausgebildet, dass ein ungewolltes Lösen des Zugmittels von dem Keil verhindert ist. Dadurch wird es möglich, den Keil sicher und fest zu platzie ^¬ ren, wobei ein Lösen durch das Sicherungssegment ausgeschlos- sen werden soll.

Vorteilhafter Weise wird das Sicherungssegment als Blech aus ^¬ geführt und die Sicherung des Zugmittels durch Umbiegen oder Umbördeln des Blechs an dem Zugmittel erfolgen. Dadurch ist es sehr einfach das Zugmittel, das selbstverständlich einen

Schraubenkopf oder ähnliches aufweist, mit dem Sicherungsseg ^¬ ment zu sichern. Ein einfaches Umbiegen des Bleches genügt um das Zugmittel zu sichern.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist ein Sicherungsmittel zum Ausüben einer Federkraft in radialer Richtung vorgesehen. Das Sicherungsmittel kompensiert für kleine Dreh- zahlbereiche eine Nutaufweitung.

In vorteilhafter Weise wird das Sicherungsmittel als Teller ^¬ feder ausgebildet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ^¬ mäßen Schaufelbefestigung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Turbinen- Schaufelsicherung im eingebauten Zustand,

Figur 2 eine Schnittansicht durch die Turbinenschaufel- sicherung,

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teilaus ^¬ schnitts aus Figur 2,

Figur 4 eine perspektivische Darstellung des

Schaufelhalters ohne Turbinenschaufel,

Figur 5 eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Turbinenschau- felsicherung ohne eingebauter Turbinenschaufel,

Figur 6 eine Querschnittsansicht einer alternativen

Ausführungsform der Turbinenschaufelsicherung,

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Figur 6,

Figur 8 eine perspektivische Darstellung der Turbinenschaufelssicherung ohne Keil und ohne Turbinenschaufel .

In der Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Turbinenschaufelsicherung 1 zu sehen. Eine Turbinenschaufel 2 umfasst einen Schaufelfuß 3. Der Schaufelfuß 3 ist in bekann- ter Weise als Tannenbaumfuß ausgeführt. Der Schaufelfuß 3 ist in einem Schaufelhalter 4 angeordnet. Der Schaufelhalter 4 weist entsprechend ein dem Schaufelfuß 3 komplementär ausge ^¬ bildete Tannenbaumform auf. Die Turbinenschaufel 2 muss so ^¬ wohl in axialer Richtung 5 als auch in radialer Richtung 6 gesichert werden. Der Schaufelhalter 4 kann beispielsweise ein Rotor sein.

In der Figur 2 ist eine Turbinenschaufelsicherung 1 in einer Schnittdarstellung zu sehen. Die Turbinenschaufelsicherung 1 umfasst einen in der axialen Richtung 5 bewegbaren Keil 7, wobei ein Zugmittel 8 derart mit dem Keil 7 zusammenwirkt, dass der Keil 7 durch das Zugmittel 8 in axialer Richtung 5 bewegbar ist. Der Keil 7 liegt an einer Turbinenschaufelfuß- Anlageflache 9 an. Durch die Bewegung des Keils 7 gegen die Turbinenschaufelfuß-Anlageflache 9 entsteht eine Kraft in der radialen Richtung 6.

Das Zugmittel 8 umfasst ein Gewinde 10. Der Keil 7 weist dem ^¬ entsprechend eine Bohrung 11 mit einem entsprechenden Gegen- gewinde 12 auf. Ein Drehen des Zugmittels 8 bewirkt eine Be ^¬ wegung des Keils 7 in axialer Richtung 5. Das Zugmittel 8 weist hierbei einen üblichen Schraubenkopf 13 auf. Der Schraubenkopf 13 kann als Sechskant 14 ausgebildet sein und mit einem handelsüblichen Gabelschlüssel bewegt werden. Es kann hierbei ein vorbestimmtes Drehmoment eingestellt werden.

Die Turbinenschaufelsicherung 1 ist mit einem Sicherungssegment 15 ausgebildet. Das Sicherungssegment 15 verhindert ein ungewolltes Lösen des Zugmittels 8 von dem Keil 7. Dazu wird das Sicherungssegment 15 als Blech ausgeführt. Die Sicherung des Zugmittels 8 erfolgt durch Umbiegen oder Umbördeln des Blechs um das Zugmittel 8. Das Blech kann an dem Schrauben-

köpf 13 selbstverständlich umgebogen werden, um dadurch ein Drehen des Zugmittels 8 zu vermeiden.

Die Turbinenschaufelsicherung 1 weist darüber hinaus noch ein Sicherungsmittel 16 auf, das zum Ausüben einer Federkraft in der radialen Richtung 6 ausgebildet. Das Sicherungsmittel 16 ist dafür als Tellerfeder ausgebildet und in einer Siche ^¬ rungsnut 17 angeordnet.

In der Figur 4 ist eine perspektivische Darstellung des

Schaufelhalters zu sehen, wobei die Turbinenschaufel 2 nicht dargestellt ist. Der Keil 7 ist länglich ausgebildet und in einer passenden Nut 18 angeordnet.

In der Figur 5 ist eine alternative Ausführungsform der Turbinenschaufelsicherung 1 dargestellt. Allerdings wurde in der Figur 5 die Turbinenschaufel 2 weggelassen, so dass lediglich der Schaufelhalter 4 zu sehen ist. Der Schaufelhalter 4 ist hierbei mit einer entsprechenden Nut 19 ausgebildet. In die Nut 19 ist ein Frästeil 20 angeordnet. Das Frästeil 20 weist eine Rotoroberflächen-Anlagefläche 21 auf. Die Rotoroberflä ^¬ chen-Anlagefläche 21 hat im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die Turbinenschaufelfuß-Anlageflache 9, nämlich eine Kraft des Keiles 7 in radialer Richtung 6 zu übertragen.

Das Sicherungsmittel 16 ist hierbei zwischen dem Keil 7 und der Turbinenschaufel 2 angeordnet. Das Sicherungsmittel 16 übernimmt hierbei die gleichen Aufgaben wie zur Figur 2 und 3 beschrieben .

In der Figur 5 ist der Keil 7 und das Sicherungsmittels 16 im eingebauten Zustand dargestellt.

In der Figur 6 ist eine Schnittdarstellung durch die Turbi- nenschaufelsicherung 1 zu sehen. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Anordnung aus Zugmit ^¬ tel und Keil an den Enden 21, 22 angeordnet wird.

In der Figur 7 ist eine vergrößerte Darstellung der Turbinen- schaufelsicherung 1 aus Figur 6 zu sehen.

In der Figur 8 ist eine perspektivische Darstellung des Schaufelhalters 4 zu sehen, wobei das Zugmittel 8 und der

Keil 7 sowie das Sicherungsmittel 16 nicht dargestellt sind. Die Figur 8 zeigt eindrucksvoll, dass das Frästeil 20 einfach herzustellen ist und leicht in den Schaufelhalter 4 montiert werden kann.

Das Frästeil 20 kann an seinen Enden kreisförmig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass dadurch Kerbspannungen minimiert werden können.