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Dokumentenidentifikation DE102005008509B4 03.05.2007
Titel Laufschaufelkörper und Rotationsmaschine mit einem Laufschaufelkörper
Anmelder Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokyo, JP
Erfinder Kanebako, Atsuhiko, Takasago, Hyogo, JP;
Ojiro, Yasuhiro, Takasago, Hyogo, JP;
Akagi, Kouichi, Takasago, Hyogo, JP;
Takamura, Keita, Takasago, Hyogo, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 80333 München
DE-Anmeldedatum 24.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005008509
Offenlegungstag 22.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F01D 5/30(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01D 5/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F01D 5/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F01D 5/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laufschaufelkörper, der an einer Rotationsmaschine, wie z.B. einem Turbinenteil einer Gasturbine, einer Dampfturbine, eines Strahltriebwerks und dgl. oder einem Luftkompressor einer Gasturbine und eines Strahltriebwerks angebracht ist und sich mit einer Hauptwelle in integraler Weise dreht, und bezieht sich auf eine Rotationsmaschine, an der ein Laufschaufelkörper installiert ist.

Im allgemeinen ist bei einer Rotationsmaschine, wie z.B. einem Turbinenteil einer Gasturbine und dgl. sowie einem Luftkompressor eine Hauptwelle innerhalb eines eine Außenform bildenden Gehäuses installiert, um eine axiale Drehung zu erzeugen. Rotorscheiben sind an dieser Hauptwelle in mehreren Stufen axial installiert, und mehrere Laufschaufeln erstrecken sich vom Außenumfang jeder dieser Rotorscheiben in einer radialen Struktur. Diese Rotorscheiben und Laufschaufeln bilden einen Laufschaufelkörper, der sich zusammen mit der Hauptwelle in integraler Weise dreht. Außerdem sind stationäre Flügel bzw. Schaufeln an dem Gehäuse entlang der Hauptwelle alternierend mit den Laufschaufeln installiert.

Im Fall einer Gasturbine wird in ein nach obiger Beschreibung aufgebautes Turbinenteil Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas von einer Brennkammer zugeführt, und indem dieses Verbrennungsgas mittels der Laufschaufeln und stationären Schaufeln bzw. Leitschaufeln alternierend zum Strömen gebracht wird, wird die Hauptwelle zusammen mit den Laufschaufeln, d.h. mit einem Laufschaufelkörper zur Drehung angetrieben. Dabei wird, wenn ein Generator mit einem Ende der Hauptwelle verbunden ist, Drehkraft der Hauptwelle als Quelle für die Erzeugung elektrischer Energie verwendet. Wenn hingegen eine Triebwerksdüse zum Ausstoß eines Verbrennungsgases an einem Ende des Turbinenteils installiert ist, wird die Drehkraft der Hauptwelle für ein Strahltriebwerk verwendet. Im Fall einer Dampfturbine wird durch Strömenlassen von Hochdruckdampf alternierend mittels Laufschaufel und Leitschaufeln die Hauptwelle drehangetrieben und die Drehkraft dieser Hauptwelle wird als Quelle für die Erzeugung elektrischer Energie in einem Generator verwendet.

Andererseits dreht sich in einem Luftkompressor einer Gasturbine ein Laufschaufelkörper zusammen mit einer Hauptwelle durch Drehung der Hauptwelle. Hierbei wird die Luft von außen angesaugt und einer Brennkammer zugeführt, wobei sie mittels alternierender Laufschaufeln und Leitschaufeln komprimiert wird. Hierbei wird in eine Brennkammer eingeleitete Druckluft mit zugeführtem Brennstoff verbrannt, was ein Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas ergibt, welches einem Turbinenteil der oben erwähnten Gasturbine zuzuführen ist.

Dabei besteht ein Laufschaufelkörper aus einer Rotorscheibe und Laufschaufeln, die unabhängig hergestellt sind, und ist so aufgebaut, dass die Laufschaufeln an die Rotorscheibe angebaut sind. Genauer gesagt hat eine Laufschaufel 1, wie in den 8 und 9 gezeigt ist, hauptsächlich einen Schaufelfußabschnitt 10, dessen vertikaler Schnitt in Form eines Christbaums ausgebildet ist, einen Profilabschnitt 11 und einen Deckringabschnitt (hier nicht dargestellt).

Ein Schaufelfußabschnitt 10 ist ein Abschnitt, der mit einer nachstehend beschriebenen Schaufelnut 20 in einer Rotorscheibe 2 in Eingriff zu bringen ist und dazu dient, eine Laufschaufel an der Rotorscheibe 2 festzuhalten. Ein Profilabschnitt 11 ist ein Abschnitt, der einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist und sich unter Beibehaltung dieser Stromlinienform im Verlauf verdrillt erstreckt, und so funktioniert, dass er eine Fluidströmung, wie z.B. eine Verbrennungsgas-, Hochdruckdampf- und Luftströmung im wesentlichen gleichmäßig gestaltet. Ein Deckringabschnitt ist ein Abschnitt, der einen annähernd in "Z"-Form ausgebildeten Querschnitt aufweist und an einem Rand eines Profilabschnitts 11 ausgebildet ist. Wenn sich ein Laufschaufelkörper mit hoher Geschwindigkeit zusammen mit einer Hauptwelle dreht, kommen die Endflächen jedes der Deckringabschnitte von einander benachbarten Laufschaufeln 1 miteinander in Kontakt, indem der Verdrehungsgrad des Profilabschnitts 11 infolge einer einwirkenden Zentrifugalkraft geringfügig abnimmt und infolgedessen ein Deckringabschnitt so wirkt, dass er die Umfangsanordnung der Laufschaufel 1 insgesamt stabilisiert.

Andererseits sind an einem Rand des Außenumfangs einer Rotorscheibe 2 Schaufelnuten bzw. -ausnehmungen 20, die in etwa gleich wie der Longitudinalschnitt der Schaufelfußabschnitte 10 der Laufschaufeln 1 geformt sind, in regelmäßigen Intervallen in einer Umfangsrichtung entlang einer Drehwelle ausgebildet. In jede dieser Schaufelnuten 20 sind Schaufelfußabschnitte 10 der Laufschaufeln 1 von einer Richtung der Drehwelle her eingesetzt und in Eingriff gebracht. Auf diese Weise werden die Laufschaufeln 1 an der Rotorscheibe 2 montiert, um so einen Laufschaufelkörper zu erhalten, bei dem sich eine Vielzahl von Laufschaufelteilen 1 von einem Außenumfang der Rotorscheibe 2 in einer radialen Struktur erstrecken.

Im Fall eines Laufschaufelkörpers, der in einen Turbinenteil einer Gasturbine und dgl. zu installieren ist, sind aufgrund des Ausgesetztseins gegenüber sehr hohen Temperaturen nur die Bodenabschnitte 20a der Schaufelnuten 20 der Rotorscheibe 2 für die Bodenendabschnitte 10a der Schaufelfüße 10 der Laufschaufeln 1 stark erweitert, um einen übermäßigen Temperaturanstieg eines Laufschaufelkörpers selbst, der durch das vorgenannte Ausgesetztsein hervorgerufen wird, einzuschränken. Mit anderen Worten sind zwischen den Bodenendabschnitten 10a der Laufschaufelfüße 10 und den Bodenabschnitten 20a der Schaufelnuten 20 Zirkulationsräume 25 für Kühlluft entlang einer Richtung einer Drehwelle ausgebildet, wobei die Kühlluft zum Kühlen des Laufschaufelkörpers durch diese Zirkulationsräume 25 zirkulieren kann.

Ferner besteht zwischen dem Schaufelfuß 10 und der Schaufelnut 20 außer in diesem Zirkulationsraum 25 im allgemeinen ein kleiner Spalt von etwa 0,1 mm Breite in Hinblick auf das einfache Einsetzen und Ausbauen, wobei die Integrität der Position nach dem Einbau beibehalten wird. Daher befinden sich die Laufschaufeln 1 in einem Zustand, der es ihnen ermöglicht, sich geringfügig zu der Rotorscheibe 2 hin zu bewegen oder zu neigen.

Während eines Dauerbetriebs eines Turbinenteils einer Gasturbine und dgl. und eines Luftkompressors, an dem ein Laufschaufelkörper nach obiger Beschreibung installiert ist, dreht sich die Hauptwelle mit hoher Geschwindigkeit. Daher wirkt eine starke Zentrifugalkraft, die stark genug ist, um eine Leergewicht-Schwerkraft im wesentlichen zu vernachlässigen, auf die Laufschaufeln 1, welche sich zusammen mit der Hauptwelle mit hoher Geschwindigkeit drehen. Infolgedessen werden die Laufschaufeln 1 immer nach oben bzw. außen gedrückt und sind in einer Radialrichtung gegen die Rotorscheibe 2 hin nach außen gewandt. Folglich kommt es zu keiner Bewegung oder Neigung der Laufschaufeln 1 zur Rotorscheibe 2 hin, sondern jede der Laufschaufeln 1 ist in einer vorbestimmten Position festgestellt, wobei der Laufschaufelkörper insgesamt gut ausgewuchtet ist.

Bei einem Betriebsbeginn oder einem Betriebsende oder während eines vorläufigen Betriebs weisen die Laufschaufeln 1, die sich zusammen mit der Hauptwelle drehen, jedoch keine so hohe auf sie einwirkende Zentrifugalkraft auf, da sich die Hauptwelle mit geringer Geschwindigkeit dreht. Daher bewegen sich die in Drehung befindlichen Laufschaufeln 1 in einer Radialrichtung (abwärts in einer Vertikalrichtung) der Rotorscheibe 2 durch die Wirkung der Leergewichts-Schwerkraft nach innen, wenn sich die Laufschaufeln 1 an der Oberseite in einer Richtung senkrecht zu der Drehwelle befinden. Wenn sich die Laufschaufeln 1 hingegen an der Unterseite in einer Richtung senkrecht zu der Drehwelle befinden, werden die Laufschaufeln 1 momentan in einen Zustand versetzt, dass sie sich nach außen in einer Radialrichtung (abwärts in einer Vertikalrichtung) der Rotorscheibe 2 bewegt haben. Im Verlauf eines Übergangs zu diesen alternierenden Zuständen neigen sich die Laufschaufeln 1 wiederholt zur Rotorscheibe 2 in einer Umfangsrichtung infolge einer Einwirkung der Leergewichts-Schwerkraft.

Da es infolge dieser sich wiederholenden Bewegung und Neigung der Laufschaufeln 1 hierbei wiederholt zu einem lokalen Stoß der Schaufelfüße 10 in den Schaufelnuten 20 kommt, wird ein lokaler Verschleiß und eine lokale Verformung in den Schaufelnuten 20 und an den Schaufelfüßen 10 verursacht. Da sich außerdem die Position des Schwerkraftzentrums des Laufschaufelkörpers selbst wiederholt ändert, wodurch ein Ungleichgewicht des Laufschaufelkörpers bewirkt wird, wird eine unerwünschte Vibration induziert. Wenn ein lokaler Verschleiß und eine lokale Verformung in den Schaufelnuten 20 und an den Schaufelfüßen 10 übermäßig fortschreiten, wird eine Bewegungsgröße oder eine Neigungsgröße der Laufschaufeln 1 beim Betriebsstart und dgl. größer, wenn sich die Hauptwelle mit geringer Geschwindigkeit dreht, so dass ein noch größeres Ungleichgewicht an dem Laufschaufelkörper verursacht wird, was in einer durch dieses Ungleichgewicht induzierten, noch stärkeren Vibration resultiert. Da außerdem bei einem Dauerbetrieb jede der Laufschaufeln 1 an einer von einer vorbestimmten Position abweichenden Position befestigt ist, variiert die Position des Schwerkraftzentrums des Laufschaufelkörpers selbst, was im Auftreten unerwünschter Vibration resultiert.

Zur Lösung des oben erwähnten Problems sind bei einem Laufschaufelkörper nach herkömmlicher Technik, wie sie in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung H4-119392 offenbart ist, Blattfederteile, die in einer Wellenstruktur in der Richtung der Drehwelle gekrümmt sind, so eingesetzt, dass sie in Spalte bzw. Zwischenräume zwischen den Bodenendabschnitten 10a der Schaufelfußabschnitte 10 und den Bodenabschnitten 20a der Schaufelnuten 20 eingreifen. Bei diesem Laufschaufelkörper werden die Laufschaufeln 1 in einer Radialrichtung gegen die Rotorscheibe 2 nach oben bzw. außen gedrückt, indem auf sie eine Einschnappkraft von den Blattfederteilen einwirkt und diese der Nulllast-Schwerkraft und einem Moment derselben entgegenwirkt, und sie infolgedessen in einen Zustand versetzt werden, in dem sie dauerhaft an einer gleichen vorbestimmten Position wie beim Dauerbetrieb festgestellt sind. Deshalb werden bei einem Anlaufbetrieb und dgl. die Laufschaufeln 1 an einer Bewegung und Neigung gehindert. Infolgedessen ist es möglich, zu verhindern, dass die Schaufelnuten 20 und die Schaufelfüße 10 einem lokalen Verschleiß und einer Verformung ausgesetzt sind, und es kommt zu keiner unerwünschten Vibration mehr.

Die oben erwähnte verbesserte Technik ist zwar bei einem Laufschaufelkörper wirksam, bei dem Zwischenräume zwischen den Bodenendabschnitten 10a der Schaufelfüße 10 und den Bodenabschnitten 20a der Schaufelnuten 20 nicht so breit sind, wie z.B. ein Laufschaufelkörper für einen Luftkompressor einer Gasturbine, der normalerweise keinen Zirkulationsraum 25 für die Kühlluft erfordert, sie ist hingegen nicht notwendigerweise wirksam bei einem Laufschaufelkörper für einen Turbinenteil einer Gasturbine, der die Sicherstellung eines Zirkulationsraums 25 erfordert.

Wenn die Zwischenräume zwischen den Bodenendabschnitten 10a der Schaufelfüße 10 und den Bodenabschnitten 20a der Schaufelnuten 20 größer sind, wird der Krümmungsgrad einer Wellenstruktur der Blattfederteile wesentlich eingeschränkt, was die Einschnappkraft mindert, die zum Hochdrücken der Laufschaufel 1 beiträgt. Infolgedessen sind die Laufschaufeln 1 nicht ausreichend in einer vorbestimmten Position gegen die Rotorscheibe 2 dauerhaft gesichert, was eine erhebliche Bewegung und Neigung der Laufschaufeln 1 verursacht. Infolgedessen kommt es zum einen zu unerwünschter Vibration mit lokalem Verschleiß und lokaler Verformung. Da die Zirkulation der Kühlluft innerhalb des Zirkulationsraums 25 durch die Blattfederteile stark gestört wird, wird zum anderen die Kühlwirkung eines Laufschaufelkörpers gemindert.

Die US-PS 3479009 zeigt aus einem gefalteten Materialstreifen gebildete splintartige Verriegelungselemente bzw. Sicherungselemente, die in den Zwischenraum zwischen dem Bodenendabschnitt der Schaufelfußabschnitte und dem Grund der Schaufelnuten eingesetzt und nach dem Einsetzen durch Umbiegen der über die Schaufelfußabschnitte überstehenden Materialstreifenenden die Laufschaufeln gegen Herausrutschen aus den Schaufelnuten sichern. Eine gewisse Elastizität zum Erreichen einer radial auswärts gerichteten Kraft wird dadurch erreicht, dass einer der sich überlappenden Streifenabschnitte mit einer Ausbauchung versehen ist, so dass das Verriegelungselement etwa mittig an einer Stelle mit dem Bodenabschnitt der jeweiligen Schaufelnut in Kontakt steht. Gesichtspunkte der Kühlung durch Luftzirkulation in und durch die Schaufelnuten sind bei dieser Gestaltung nicht von Bedeutung.

Die DE 4430636 C2 zeigt eine der vorstehend erwähnten Struktur im Prinzip ähnliche Laufschaufelfixierung, wobei das Sicherungselement in einer Ausführungsform durch ein im Querschnitt trapezförmiges Blechbiegeteil gebildet ist, das mit zwei geradwandigen seitlichen Schenkeln am Nutgrund und mit einem mittigen Steg am Bodenendabschnitt des Schaufelfußabschnitts abgestützt ist und dessen über die Schaufelfußabschnitte überstehenden Materialstreifenenden laschenartig umgebogen sind. In einer anderen Ausführungsform ist das Sicherungselement als im Querschnitt geschlossenes, halbkreisförmiges, gekrümmtes Hohlprofil ausgeführt, das etwa mittig an einer Stelle mit dem Bodenabschnitt der jeweiligen Schaufelnut in Kontakt steht und den Zwischenraum keilförmig ausfüllt. Auch bei diesen Sicherungselementen ist die Kühlung durch Luftzirkulation in und durch die Schaufelnuten nicht von Bedeutung.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laufschaufelkörper bereitzustellen, der gleichzeitig einen lokalen Verschleiß und eine lokale Verformung sowie eine unerwünschte Vibration verhindern und außerdem die Kühlwirkung aufrecht erhalten kann. Aufgabe ist es ferner, eine Rotationsmaschine mit diesem Laufschaufelkörper bereitzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Laufschaufelkörper gemäß Anspruch 1 in Vorschlag gebracht. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch Aufnahme einer auf- bzw. auswärts gerichteten Druckkraft von den Hochdrückelementen werden die Laufschaufeln in einer Radialrichtung gegen die Rotorscheibe nach oben und außen gedrückt, wodurch sie einer Nulllast-Schwerkraft und deren Moment widerstehen, und sie konstant an einer vorbestimmten Position auf die gleiche Weise wie während eines Dauerbetriebs gesichert bzw. festgestellt sind. Daher werden während des Anlaufvorgangs und dgl., wenn sich die Hauptwelle mit niedriger Geschwindigkeit dreht, die Laufschaufeln an einer Bewegung und Neigung gehindert. Selbstverständlich besteht keine Störung der Zirkulation der Kühlluft innerhalb der Zirkulationsräume.

Hierbei ist es im Hinblick auf eine ausreichende Sicherstellung der Zirkulation der Kühlluft in den Zirkulationsräumen und der Erzielung einer Hochdrückkraft von den Hochdrückelementen erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hochdrückelemente Blattfedern sind, die um eine Drehwelle herum gekrümmt sind.

Um wirksam eine hohe aufwärtsgerichtete Kraft zu erhalten, ist ferner vorgesehen, dass die Blattfedern mit beiden Endabschnitten in Kontakt mit den Bodenflächen der Bodenabschnitte in den Schaufelnuten der Rotorscheibe, und die Mittelabschnitte in Kontakt mit den Bodenendabschnitten der Schaufelfußabschnitte der Laufschaufeln stehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Rotationsmaschine mit dem Laufschaufelkörper, mit Leitschaufeln und einem den Laufschaufelkörper und die Leitschaufeln bzw. -flügel enthaltenden Gehäuse bereitgestellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Laufschaufelkörper wird ein lokaler Verschleiß und eine lokale Verformung der Schaufelnuten und der Schaufelfußabschnitte verhindert, da die Bewegung und Neigung der Laufschaufeln auch während eines Anlaufvorgangs und dgl. eingeschränkt ist, und eine unerwünschte Vibration kann ebenfalls eingeschränkt werden. Da ferner keine Störung der Zirkulation der Kühlluft in den Zirkulationsräumen besteht, kann die Kühlung des Laufschaufelkörpers sichergestellt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Laufschaufelkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

2 eine Draufsicht auf einen unerlässlichen Teil eines Laufschaufelkörpers, in einer Richtung einer Drehwelle betrachtet, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Verformung eines Hochdrückelements eines Laufschaufelkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,

4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Verformung eines Hochdrückelements eines Laufschaufelkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt,

5 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Laufschaufelkörpers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

6 eine Seitenansicht eines Hochdrückelements gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

7 eine Draufsicht auf einen unerlässlichen Teil eines Laufschaufelkörpers, in einer Richtung einer Drehwelle betrachtet, gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,

8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Laufschaufelkörpers, und

9 eine Draufsicht auf einen unerlässlichen Teil eines herkömmlichen Laufschaufelkörpers, in einer Richtung einer Drehwelle betrachtet.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird im folgenden eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Zuerst wird ein Laufschaufelkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Laufschaufelkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und 2 ist eine Draufsicht auf einen unerlässlichen Teil des Laufschaufelkörpers, in einer Richtung der Drehwelle betrachtet. In diesen Figuren werden Abschnitte bzw. Teile, welche die gleiche Bezeichnung tragen wie in 8 und 9, mit den gleichen Symbolen versehen, und eine Beschreibungswiederholung entfällt. Dies gilt ebenso für die nachstehend angeführten zweiten bis sechsten Ausführungsformen der Erfindung.

Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein Laufschaufelkörper gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Rotorscheibe 2, Laufschaufeln 1 und aus Metall hergestellte Blattfedern 30, die als Hochdrückelemente 3 dienen und die einzeln hergestellt sind, wobei dieser so aufgebaut ist, dass die Laufschaufeln 1 und die Blattfedern 30 an der Rotorscheibe 2 angebracht sind.

Hierbei sind die Blattfedern 30 in Zirkulationsräume 25 aus der Richtung der Drehwelle eingesetzt, und bewirken durch eine ihnen innewohnende Einschnappkraft bzw. Elastizität das Hochdrücken der Laufschaufeln 1 gegen die Rotorscheibe 2 nach außen in einer Radialrichtung. Genauer gesagt sind die Blattfedern 30, die für die Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, um die Drehwelle herum gekrümmt und stehen in Kontakt mit den Bodenflächen der Bodenabschnitte 20a von Schaufelnuten bzw. -ausnehmungen 20 an beiden Randabschnitten in einer Drehrichtung einer Drehwelle, steigen in etwa entlang den Seitenflächen derselben allmählich an und sind so geformt, dass die Mittelabschnitte entlang den Bodenendabschnitten 10a der Schaufelfußabschnitte 10 verlaufen und mit diesen in Kontakt stehen. Mit anderen Worten erstrecken sich die Blattfedern 30 annähernd entlang dem äußeren Rand der Zirkulationsräume 25.

Als Material einer Blattfeder 30, wenn ein Laufschaufelkörper in den Turbinenteil einer Gasturbine zu installieren ist und die Laufschaufeln 1 beispielsweise aus Inconel (eine Legierung aus der Ni-Cr-Gruppe) hergestellt sind, und eine Rotorscheibe 2 aus einem Material mit geringfügig geringerer Härte als die Laufschaufeln 1 hergestellt ist, wie zum Beispiel einer Kombination von Ni-Cr-Mo-Stahl, ist beispielsweise rostfreier Stahl wie SUS 304 oder SUS 303 nach den JIS-Standards geeignet. Das Material der Blattfedern 30 kann aber auch in geeigneter Weise je nach dem Objekt, an dem ein Laufschaufelkörper installiert ist (eine Gasturbine und dgl. sowie deren Turbinenteil), und je nach einer Kombination von Materialien der Laufschaufeln 1 und der Rotorscheibe 2, ausgewählt werden.

Die Blattfedern 30 gemäß der Ausführungsform der Erfindung haben Ausschnitte 30a (siehe 1), die in zwei Stufen symmetrisch um die Drehwelle in einer Richtung der Drehwelle ausgebildet sind. Diese Ausschnitte 30a dienen dazu, den Krümmungsprozess zu erleichtern, wenn die Blattfedern 30 hergestellt werden. Daher können, wie in 3 gezeigt ist, die Ausschnitte 30a in vier Stufen ausgebildet sein bzw. werden, und es besteht keine Begrenzung hinsichtlich der Anzahl von auszubildenden Stufen und der Form, solange die Einschnappkraft bzw. Elastizität der Blattfedern 30 hoch gehalten werden kann. Selbstverständlich können, wie 4 zeigt, die Ausschnitte 30a auch nicht ausgebildet werden.

Bei einem Laufschaufelkörper nach obigem Aufbau wirkt auf die Laufschaufeln 1 eine Einschnappkraft bzw. Elastizität von den als Hochdrückelemente 3 dienenden Blattfedern 30 als Hochdrückkraft ein und sie werden dadurch auswärts in einer Radialrichtung gegen die Rotorscheibe 2 gedrückt, wobei das der Nullgewicht-Schwerkraft und deren Moment entgegenwirkt. Infolgedessen sind die Laufschaufeln 1 dauerhaft an ein- und derselben vorbestimmten Position wie während eines Dauerbetriebs, wenn sich die Hauptwelle mit hoher Geschwindigkeit dreht, gesichert. Daher kann auch während eines Anlaufvorgangs, wenn sich die Hauptwelle mit geringer Geschwindigkeit dreht, eine Bewegung und Neigung der Laufschaufeln 1 eingeschränkt bzw. verhindert werden. Infolgedessen kann ein lokaler Verschleiß und eine lokale Verformung der Schaufelnuten bzw. -ausnehmungen 20 und der Schaufelfüße 10 verhindert werden, und auch eine unerwünschte Vibration kann eingeschränkt oder vermieden werden.

Da die Blattfedern 30 um die Drehwelle herum gekrümmt sind und obwohl sich diese Blattfedern 30 innerhalb von Zirkulationsräumen 25 befinden, wird, da sie sich nur am Außenrand der Zirkulationsräume 25 befinden, außerdem die Zirkulation für die Kühlluft innerhalb der Zirkulationsräume 25 ausreichend sichergestellt, und die Zirkulation wird nicht gestört, wodurch die Kühlwirkung eines Laufschaufelkörpers erhalten bleibt.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben. 5 ist eine Gruppe auseinandergezogener perspektivischer Ansichten eines Laufschaufelkörpers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. 6 ist eine Seitenansicht eines Hochdrückelements 3 eines Laufschaufelkörpers. 7 ist eine Draufsicht auf einen unerlässlichen Abschnitt des Laufschaufelkörpers, in der Richtung der Drehwelle betrachtet. Charakteristisch für die zweite Ausführungsform der Erfindung ist, dass die als Hochdrückelemente 3 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung dienenden Blattfedern 30 verformt sind. Das heißt, die Blattfedern 30 der zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich nicht von den Blattfedern 30 der ersten Ausführungsform der Erfindung in der Krümmung in der Drehrichtung der Drehwelle, und auch nicht, dass ihre beiden Endabschnitte in einer Drehrichtung der Drehwelle, d.h. die Schenkelabschnitte 30b und 30c der Blattfedern 30 in Kontakt mit den Bodenflächen der Bodenabschnitte 20a der Schaufelnuten 20 der Rotorscheibe 2 stehen, sie unterscheiden sich aber in den folgenden Punkten.

Zunächst hat gemäß 5 und 7 eine Blattfeder 30drei Wölbungs- bzw. Bergabschnitte 30d, 30e und 30f, die zu einem Bodenendabschnitt 10a eines Schaufelfußes 10 in einem Mittelabschnitt einer Drehrichtung der Drehwelle ausgebildet sind, wobei der zentrale Wölbungsabschnitt 30e dieser Wölbungsabschnitte einen Hochdrückabschnitt bildet, indem er in Kontakt mit dem Bodenendabschnitt 10a des Schaufelfußabschnitts 10 steht. Zweitens hat gemäß 6 eine Blattfeder 30 eine allmählich konisch zulaufende Form an einem unteren Ende 30g, die als Vorderabschnitt in der Einsetzrichtung dient, wenn die Blattfeder 30 in einen Zirkulationsraum 25 eingesetzt wird, und der äquivalent mit einem Ende der beiden Endabschnitte 30b und 30c in der Drehrichtung einer Drehwelle ist. Außerdem ist bei dieser Ausführungsform gemäß der Erfindung ein unterer Endabschnitt eines der beiden Endabschnitte so geformt, dass er in einer konischen Verjüngung ausläuft, aber auch die anderen Abschnitte können konisch zulaufen.

Bei einem Laufschaufelkörper gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann, da die unteren Endabschnitte 30g der Vorderenden der Blattfedern 30 in der Einsetzrichtung konisch zulaufen, die Laufschaufel 1 in die Schaufelnuten bzw. -ausnehmungen 20 der Rotorscheibe 2 eingesetzt werden, und ferner können die als Hochdrückelemente 3 dienenden Blattfedern 30 in die Zirkulationsräume 25 einfach und problemlos durch Schlagen eingesetzt werden, und die Einsetzrichtung selbst kann einfach aufgrund der konisch zulaufenden Form festgelegt werden, wodurch die Installations- und Montagearbeit erleichtert wird. Außerdem ist in einem Mittelabschnitt einer Blattfeder 30 in der Drehrichtung der Drehwelle der mittlere Wölbungsabschnitt 30e unter den drei Wölbungsabschnitten so aufgebaut, dass er geringfügig niedriger ist als zwei Wölbungsabschnitte 30d und 30f auf beiden Seiten bei der Montage. Infolgedessen kann beim Einsetzen einer Blattfeder 30 der Bodenendabschnitt 10a eines Schaufelfußabschnitts 10 durch jeden von den Wölbungsabschnitten 30d und 30f auf beiden Seiten des mittleren Wölbungsabschnitts 30e gebildeten Talsohlenabschnitt geführt werden, um so stabil positioniert zu werden. Indem die Wölbungsabschnitte 30d und 30f auf beiden Seiten in Kontakt mit dem Bodenendabschnitt 10a des Schaufelfußabschnitts 10 stehen, kann außerdem ein stabiler Zustand erzielt werden. Ferner kann die Höhe der Blattfedern 30 einfach während der Herstellung kontrolliert werden, wobei der mittlere Wölbungsabschnitt 30e als Referenzpunkt dient.

Selbstverständlich ist ein Laufschaufelkörper mit dem oben beschriebenen Aufbau auch bei einer neuen Rotationsmaschine (einem Turbinenteil einer Gasturbine und dgl. und einem Luftkompressor derselben) von Nutzen und kann leicht auf eine bestehende Rotationsmaschine angewandt werden, indem einfach die Hochdrückelemente 3 hinzugefügt werden.


Anspruch[de]
Laufschaufelkörper mit einer Rotorscheibe (2) und Laufschaufeln (1), die so montiert sind, dass sie sich von einem Außenumfang einer Rotorscheibe (2) in einer radialen Struktur erstrecken,

wobei Schaufelfußabschnitte (10) der Laufschaufeln (1) mit Schaufelnuten (20) in Eingriff stehen, die entlang einer Richtung einer Drehwelle an einem Rand eines Außenumfangs der Rotorscheibe (2) ausgebildet sind,

wobei Zirkulationsräume (25) für Kühlluft entlang der Richtung der Drehwelle zwischen Bodenendabschnitten (10a) der Schaufelfußabschnitte (10) der Laufschaufeln (1) und Bodenabschnitten (20a) der Schaufelnuten (20) der Rotorscheibe (2) ausgebildet sind, und in diese Zirkulationsräume (25) Hochdrückelemente (3) eingesetzt sind, welche die Laufschaufeln (1) in einer Radialrichtung nach außen und oben drücken,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Hochdrückelemente (3) jeweils als eine Blattfeder (30) ausgebildet sind, die in der Drehrichtung der Drehwelle gekrümmt ist, wobei die Blattfeder (30) zwei mit der Bodenfläche des Bodenabschnitts (20a) der jeweiligen Schaufelnut (20) der Rotorscheibe (2) in Kontakt stehende Endabschnitte und einen mit dem Bodenendabschnitt (10a) des Schaufelfußabschnitts (10) der Laufschaufel (1) in Kontakt stehenden Mittelabschnitt umfasst.
Laufschaufelkörper nach Anspruch 1,

wobei ein Mittelabschnitt der Blattfeder (30) Wölbungsabschnitte aufweist, die zu dem Bodenendabschnitt (10a) des jeweiligen Schaufelfußabschnitts (10) der Laufschaufel (1) hin ausgebildet sind, und

diese Wölbungsabschnitte in Kontakt mit dem Bodenendabschnitt (10a) des Schaufelfußes (10) der Laufschaufel (1) stehen.
Laufschaufelkörper nach Anspruch 2, wobei die Wölbungsabschnitte in einem Mittelabschnitt der Blattfeder (30) drei Wölbungsabschnitte umfassen. Laufschaufelkörper nach Anspruch 1, wobei ein Vorderendabschnitt des Hochdrückelements (3) in einer Einsetzrichtung in den Zirkulationsraum (25) konisch verjüngt ist. Laufschaufelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Ausschnitte (30a) in der Blattfeder (30) ausgebildet sind, wobei die Ausschnitte (30a) symmetrisch um die Drehwelle und in mehreren Stufen in der Richtung der Drehwelle ausgebildet sind. Rotationsmaschine mit

einem Laufschaufelkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

Leitschaufeln und

einem den Laufschaufelkörper und die Leitschaufeln aufnehmendem Gehäuse.






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