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Die
Erfindung betrifft einen Rotor für
eine Turbine sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
des Rotors mit den Merkmalen des Oberbegriffes der Ansprüche 1, 7
und 8.
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Schwingungen
an den Schaufeln von Dampf- oder Gasturbinen führen zur Rissbildung an den
Schaufeln und längerfristig
zu einem Schaufelbruch mit großen
Schäden
an der Turbine. Um einen störungsfreien Betrieb
der Turbine garantieren zu können,
müssen
die Schaufelschwingungen durch geeignete konstruktive Maßnahmen
reduziert werden. Zur Dämpfung
der Schwingungen an Laufschaufeln im Mittel- und Niederdruckbereich
von Dampfturbinen werden unter anderen folgende Lösungen angewendet.
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Bei
größeren Endstufenlaufschaufeln
im Niederdruckbereich der Turbine dämpft ein in Bohrungen im Profilbereich
umlaufender Haltedraht die Schwingungen. Eine solche Art der Schwingungsdämpfung wird meist
bei Schaufeln ohne Deckplatte angewendet.
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Bei
Laufschaufeln, die nur durch eine geringe Umfangsgeschwindigkeit
belastet werden, wird ein Deckband mittels Nietzapfen am Profilende
der im Rotor eingebauten Schaufeln segmentweise angenietet. Die
Ausführung
kam an älteren
Turbinen häufig
zur Anwendung. Bei Turbinen mit großen Umfangsgeschwindigkeiten
ist die Festigkeit der Nietverbindung nicht ausreichend. Hier scheidet
die genietete Ausführung
aus.
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Im
Mittel- und zunehmend auch im Niederdruckbereich von Turbinen werden
heute fast ausschließlich Deckplattenlaufschaufeln verwendet,
die gute Festigkeitseigenschaften mit hohen Wirkungsgraden verbinden. Die
Schaufel und das zu ihr gehörende
Stück Deckband
(Deckplatte) bilden bei dieser Ausführung eine Einheit. Der Nachteil
der geringen Festigkeit der Nietverbindung wird bei der Einheit
aus Schaufel und Deckplatte vermieden. Die Deckplatten der einzelnen
Laufschaufeln bilden nach ihrem Einbau in den Turbinenrotor einen Ring.
Die Schwingungsdämpfung
erfolgt bei dem Ring an den Berührungsflächen der
Deckplatten zwischen den einzelnen Schaufeln.
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Die
bekannte Ausführung
hat jedoch folgende Schwachpunkte. In der Praxis ist es nicht möglich, aufgrund
der an jeder Schaufel unterschiedlich vorhandenen Toleranzen in
einer Stufe mit beispielsweise 70 Laufschaufeln diese spielfrei
zueinander einzubauen. Ein weiterer Grund sind die großen Zentrifugalkräfte und
die Wärmedehnung,
die im Betriebszustand der Turbine auf jeden einzelnen Laufschaufelabschnitt
wirken. Die Zentrifugalkräfte
und die Wärmedehnung
führen
dazu, dass sich die Schaufelfüße im Rotor
etwas nach außen versetzen.
Die Deckplatten der Schaufeln bewegen sich zusätzlich durch die Dehnung des
Schaufelprofils ebenfalls in Längsrichtung
nach außen.
Da jede Schaufel mit ihren Fuß-
und Deckplattenflächen
einen Keil bildet, kommt es durch die beschriebenen Setzbewegungen
der Schaufeln nach außen
zu einer Spaltbildung an den Deckplattenflächen zwischen den einzelnen
Schaufeln. Infolge der Spaltbildung werden die Schwingungen nicht
mehr wie gewünscht
gedämpft.
Um die beschriebenen Nachteile durch die Spaltbildung zu vermeiden,
stehen die folgenden bekannten Lösungen
zur Verfügung.
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In
der
EP 1 512 838 A2 ist
ein Turbinenrotor beschrieben, bei dem an den Berührungsflächen zwischen
den Deckplatten ein Schwingungsdämpfer
eingebaut ist. Der Schwingungsdämpfer
wird im Betriebszustand durch die Zentrifugalkraft nach außen gedrückt und
schafft so eine Verbindung zwischen den Deckplatten. Ein vorhandener
Spalt wird durch den Schwingungsdämpfer überbrückt, wodurch die Schwingungen
gedämpft
werden.
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Aus
der
JP 2003097216
A1 ist eine Anwendung bekannt, bei der das Schaufelprofil
durch die Zentrifugalkraft in Längsrichtung
leicht gebogen wird. Durch die Biegung wird an der Deckplatte eine
gegenläufige Bewegung
erzeugt, die einen vorhandenen Spalt kompensiert und so die Schwingungsdämpfung gewährleistet.
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Gemäß der
US 4840539 B2 sind
die Deckplatten der Turbinenschaufeln V-förmig ausgebildet. Beim Einbau
in den Rotor berühren
sich die Deckplatten nur einseitig in radialer Richtung. Zur Schwingungsdämpfung wird
durch die Verdrehung des Schaufelprofils eine Torsionsspannung erzeugt.
Auf der freien Seite der Deckplatte befindet sich eine zusätzliche
axiale Kontaktfläche
zur Schwingungsdämpfung.
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In
der
US 6568908 B2 ist
eine Anwendung beschrieben, bei der die Zentrifugalkraft eine gegenläufige Drehbewegung
an der Berührungsfläche der
Deckplatte aufgrund der Dehnung am Schaufelprofil erzeugt, die zur
Schwingungsdämpfung
benutzt wird. Die Berührungsflächen an
den Deckplatten sind mit Radien profiliert ausgebildet. Eine ähnliche
Anwendung wird auch von einigen Turbinenherstellern in der Praxis
angewendet. Hier wird gleichfalls die durch die Zentrifugalkraft
erzeugte Verdrehung des Schaufelprofils zur Dämpfung der Schwingungen genutzt.
Die Deckplatten sind dabei Z-förmig
ausgebildet und berühren
sich im Betriebszustand der Turbine nur im mittleren Abschnitt.
Beide Anwendungen sind nur bei Schaufeln mit einem konischen und gleichzeitig
verwundenen Schaufelprofil anwendbar, da sich nur hier die Deckplatten
wie gewünscht
durch die Zentrifugalkraft verdrehen.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf einer bekannten Anwendung, die
einige Turbinenhersteller bei rhomboidischen Laufschaufeln mit Deckplatte
seit langem benutzen und die auch in der
JP 5098906 A1 beschrieben
ist. Hierbei werden die Außenflächen von
Schaufelfuß und
Deckplatte mit gleichen Winkeln zur Rotormitte gefertigt. Eine Teilungsfläche an der
Deckplatte ist mit einer parallelen Zugabe zur theoretisch richtigen Teilung
versehen. Beim Einbau der Schaufeln in den Rotor sollen sich die
Deckplatten aufgrund der Teilungszugabe gegenüber dem Schaufelfuß soweit
verdrehen, bis sich wieder die theoretisch richtige Teilung ergibt. Die
Verdrehung der Deckplatten erfolgt bei deren Einbau in den Rotor
durch das Eintreiben der Schaufeln in radialer Richtung. Die Schaufelfüße müssen spaltfrei
zueinander montiert werden. Durch die Reibung an den Berührungsflächen zwischen
Schaufelfuß und
Rotor sollen die Schaufeln ihre vorgesehene radiale Stellung einnehmen
und gleichzeitig die Gegenkräfte
der Deckplattenverdrehung abgefangen werden. Zusätzlich kommt eine Vorrichtung
zum radialen Spreizen der letzten Schaufellücke zum Einbau der Schlossschaufel zum
Einsatz. Die Verdrehung der Deckplatte erzeugt im Schaufelprofil
eine Torsionsspannung, die durch ihre Federwirkung eine Spaltbildung
zwischen den Deckplatten im Betriebszustand der Turbine verhindert
und so die gestellte Aufgabe der Schwingungsdämpfung erfüllt.
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Das
aus der
JP 5098906
A1 bekannte Verfahren hat folgende Nachteile. Mit der Reibung
zwischen Schaufelfuß und
Rotor kann die erforderliche radiale Kraft zur Verdrehung der Deckplatten
beim Einbau der Schaufeln je nach dem Verhältnis von Profilbreite zu Profillänge bzw.
zur Profildicke nicht sicher erzeugt und gehalten werden. Da alle
eingebauten Schaufeldeckplatten in die gleiche Richtung gedreht
werden müssen, summieren
sich die zur Verdrehung erforderlichen Kräfte. Die erste eingebaute Schaufel
steht wie gewünscht radial
im Rotor. Die nachfolgenden Schaufeln weichen aber, bedingt durch
die Teilungszugabe an den Deckplatten und der unzureichenden Verdrehung,
zunehmend von der geforderten Radialstellung ab. Durch die Abweichung
von der Radialstellung liegen die Schaufeltragschultern nur einseitig
in der Rotornut an, und es bildet sich ein zunehmend größer werdender
keilförmiger
Spalt zwischen den Schaufelfüßen.
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Die
Krafteinleitung zur Verdrehung der Deckplatten erfolgt ausgehend
vom Schaufelfuß über das Schaufelprofil
in die Deckplatte. Wegen der langen Kraftübertragung und der unsicheren
Größe der tatsächlichen
Reibung ist das bekannte Verfahren nicht sicher anzuwenden. Zusätzlich kommt
es bei der Kraftübertragung
vom Fuß zur
Deckplatte zu einer Verbiegung der Schaufelprofile in Längsrichtung.
Die Teilungsflächen am
Schaufelfuß und
an der Deckplatte müssen
zum Einbau der Folgeschaufel frei sein. Eine Vorrichtung zum Halten
und Abfangen der durch die Verdrehung erzeugten Gegenkräfte kann
an diesen Flächen
nicht eingesetzt werden.
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Die
Vorrichtung zur Erzeugung der erforderlichen Deckplattenlücke über der
Schlossöffnung
zum Einbau der letzten Schaufel muss demnach folgende Forderungen
erfüllen:
Die letzte eingebaute Schaufel muss an der Deckplatte in die geforderte
Radialstellung gedrückt
werden, ohne die Stellung der ersten Schaufel zu verändern. Die
mit der bekannten Vorrichtung erzeugte Kraft muss, ausgehend von
der letzten Schaufel abnehmen bis zur zweiten eingebauten Schaufel,
nahtlos radial durch die gesamte Stufe fließen und dabei alle Deckplatten
zur Erzeugung der Torsionsspannung verdrehen. Vorhandene Spalte
zwischen den Schaufelfüßen müssen kompensiert
werden. Die Schaufeln dürfen
nicht durch unkontrollierte Krafteinwirkung beschädigt werden.
Die Vorrichtung darf den Einbau der Schlossschaufel räumlich nicht
behindern. Diese gestellten Forderungen an die bekannte Vorrichtung
sind, wenn überhaupt,
nur sehr schwer und mit sehr hohen Kosten zu erfüllen. Zusätzlich ist zu beachten, dass
durch den Rhomboidwinkel an der Deckplatte radial eingeleitete Kräfte wieder
nach wenigen Schaufeln aus der Stufe austreten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Rotor
so zu gestalten sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen,
mit deren Hilfe es möglich
ist, die Torsionsspannung zur Schwingungsdämpfung der rhomboidischen Laufschaufeln,
bei ihrem Einbau in den Rotor, einfach, mit großer verfahrenstechnischer Sicherheit
und unter einem geringen Kostenaufwand herzustellen.
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Die
Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rotor durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1, bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 7 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruches 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung ist durch folgende Punkte einfach und mit großer verfahrenstechnischer
Sicherheit anwendbar. Die Berechnungs- bzw. die Konstruktionsabteilung bestimmt
bei der Auslegung des Rotors den Verdrehwinkel der Schaufel und
gibt ihn in der Schaufelzeichnung an der Deckplatte an. Die Seiten-
oder Planflächen
der Deckplatten werden an allen Schaufeln mit dem in der Zeichnung
angegebenen Winkel gefertigt.
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Die
Deckbänder
aller Schaufeln werden mit dem in der Zeichnung angegebenen Winkel
gefertigt. Dadurch wird jede Schaufel nach ihrem Einbau in den Rotor
mit einer vorbestimmten, minimal dosierten axialen Kraft mittels
einer Spannvorrichtung verdreht und in dieser Stellung während des
gesamten Einbauvorgangs sicher gehalten.
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Das
Verdrehen der Schaufeln kann im Zusammenbau einfach und sicher ausgeführt werden.
Die Kraft zur Verdrehung der Deckplatten wird direkt an den Deckplatten
formschlüssig
erzeugt und auch an den Deckplatten während des Einbaus formschlüssig gesichert.
Die Anwendung der Erfindung ist dadurch unabhängig von der erzeugten Reibung
zwischen den Berührungsflächen der
Schaufel im Rotor.
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Nach
dem Einbau jeder Schaufel kann ihrer Radialstellung im Rotor geprüft werden.
Die Lücke
zum Einbau der Schlossschaufel ist sofort vorhanden. Der Einbau
der Schlossschaufel wird durch die Spannvorrichtungen räumlich nicht
behindert. Durch einfache und kostengünstige Spannvorrichtungen verursacht
die Erfindung nur einen geringen Kostenaufwand. Alle zuvor beschriebenen
Nachteile des aus der
JP
5098906 A1 bekannten Verfahrens, insbesondere die Gefahr
durch unkontrollierte radiale Krafteinwirkung die Schaufeln bei
ihrer Verdrehung zu beschädigen,
werden vermieden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
Vorderansicht einer Laufschaufel,
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2 die
Seitenansicht von 1, in Blickrichtung A von 3,
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3 die
Draufsicht auf 1,
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4 den
axialen Schnitt der im Rotor eingebauten Laufschaufel,
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5 die
Draufsicht auf die Deckplatten dreier im Rotor eingebauter Laufschaufeln
vor ihrer Verdrehung,
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6 die
Draufsicht auf die Deckplatten dreier im Rotor eingebauter Laufschaufeln
nach ihrer Verdrehung,
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7 die
Vorderansicht der Spannvorrichtung bei ihrer Anwendung,
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8 die
Seitenansicht der Spannvorrichtung bei ihrer Anwendung,
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9 die
Draufsicht der Spannvorrichtung bei ihrer Anwendung,
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10 ein
Beispiel für
die alternative Verwendung eines Haltedrahtes an Stelle der Spannvorrichtung,
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11 ein
Beispiel einer Spannvorrichtung über
die gesamte Deckplattenbreite,
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12 ein
Beispiel mit einer Haltenut neben der Deckplattenbreite,
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13 die
Draufsicht auf eine Deckplatte mit der Kontur vor und nach ihrer
Verdrehung,
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14 die
Wirkungsweise der Teilungsverkleinerung vergrößert dargestellt,
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15 die
Dreiecke und Formeln zur Berechnung des Verdrehwinkels Alpha mit
einem konkreten Berechnungsbeispiel.
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Die
Laufschaufel einer Turbine besteht aus einem Schaufelfuß 1,
der eine konische Form hat und im dargestellten Fall als Doppelhammerkopf
mit Tragschultern 1.4 und 1.5, seitlichen Flächen 1.2 und 1.3 und
einer Fußgrundfläche 1.1 ausgebildet
ist. Auf der Fußplatte
der Schaufel beginnt ein Schaufelprofil 2, das sich nach
oben verjüngt
und zusätzlich
eine Verwindung aufweist. An dem oberen Ende des Schaufelprofils 2 schließt sich
eine Deckplatte 3 mit einer Expansionsschräge an, die
mit der Horizontalen einen Winkel Gamma bildet (1).
Der Schaufelfuß 1 und
die Deckplatte 3 weisen die geometrische Form eines Rhomboids
oder Parallelogramms auf. Die Deckplatte 3 weist zwei Seiten-
oder Planflächen 3.2 und 3.3 und
zwei Stirn- oder Teilungsflächen 3.4 und 3.5 auf
und ist mit einem Dichtungskamm 3.6 versehen. Im Einbauzustand
sind die Seiten- oder Planflächen 3.2 und 3.3 in
Umfangsrichtung des Rotors 4 und die Stirn- oder Teilungsflächen 3.4 und 3.5 schräg zur Längsachse
des Rotors 4 (Rotormitte RM) ausgerichtet.
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Die
Deckplatte 3 und der Schaufelfuß 1 sind in 2 mit
beidseitig gleicher Konizität
ausgeführt,
die durch einen Winkel Delta gekennzeichnet ist. Die eine Teilungsfläche 3.4 der
Deckplatte 3 liegt mit der geneigten Fußfläche des Schaufelfußes 1 auf
einer Ebene. Die zweite Teilungsfläche 3.5 ist mit einer
parallelen Teilungszugabe 3.1 von dem Maß tz versehen.
Wie in 3 zu sehen, sind die beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 der
Deckplatte 3 sowie die zugehörigen Teilungsflächen am
Schaufelfuß 1 mit
einem Rhomboidwinkel Beta 1 zur Längsachse RM des Rotors 4 angeordnet.
Die Deckplatte 3 weist eine Länge mit einem Maß ts auf.
Das Maß ts
mit den beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 bezieht
sich auf den maximalen Durchmesser an der Deckplatte 3 und
ist in 3 vereinfacht ohne Berücksichtigung der Expansionsschräge dargestellt.
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Die
Erfindung ist auch auf Schaufeln mit anderen Fußformen anwendbar wie einfacher
Hammerkopf, mit einer einseitigen oder ungleichen Konizität sowie
ohne Expansionsschräge
an der Deckplatte 3 und mit beidseitiger Teilungszugabe 3.1.
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Im
dargestellten Fall von 4 sind die Schaufelfüße 1 in
einer der Form der Schaufelfüße 1 angepassten,
radial umlaufenden Nut des Rotors 4 der Turbine eingesetzt.
Die Schaufelfüße 1 liegen
dabei mit den konischen Teilungsflächen aneinander und füllen so
die Nut aus. Die beiden seitlichen Flächen 1.2 und 1.3 bilden
die Fußbreite,
mit der die Schaufeln im Rotor 4 geführt werden. Mit der Fußgrundfläche 1.1 und
Unterlegbändern 7 wird
der Schaufelfuß 1 spielfrei
zum Nutgrund 4.1 mit einer leichten Vorspannung an den
Tragschultern 1.4 und 1.5 in den Rotor 4 eingebaut.
Die Tragschultern 1.4 und 1.5 nehmen die Zentrifugalkräfte auf
und leiten diese in den Rotor.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung ist die Schaufel so gefertigt, dass diese
so in die Nut des Rotors 4 einzusetzen ist, dass die Planflächen 3.2 und 3.3 an
der Deckplatte 3 und die Planflächen am Dichtungskamm 3.6 nicht
in radialer Ebene RE, sondern abweichend unter einem Verdrehwinkel
Alpha zur radialen Ebene RE oder unter einem Winkel von 90° minus Alpha
zur Längsachse
RM des Rotors 4 weisen, wie in 3 dargestellt
ist. Zum besseren Verständnis
ist der Verdrehwinkel Alpha in allen Figuren vergrößert dargestellt.
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Nach
dem Einsetzen einer Schaufel in die Nut des Rotors 4 wird
jede einzelne Schaufel gedreht. Dabei wird gemäß einem Merkmal der Erfindung
die erforderliche Kraft F1 und F2 zur Verdrehung direkt an den Deckplatten 3 in
axialer Richtung formschlüssig
erzeugt. Die eingebrachte Kraft F1 und F2 wird ebenfalls direkt
an den Deckplatten 3 formschlüssig gehalten.
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Die
Wirkungsweise der Erfindung ist aus 5 und 6 zu
erkennen. 5 zeigt die Draufsicht auf drei
Deckplatten 3 vor ihrer Verdrehung. Die Teilungsflächen 3.4 und 3.5 liegen
aneinander und stehen aufgrund des Winkels Alpha jeweils mit ihrer
stumpfen Winkelseite an der Deckplatte 3 der benachbarten
Schaufel über
die Planflächen 3.2 und 3.3.
Das gleiche gilt für
den mittleren Dichtungskamm 3.6. In radialer Ebene RE ergibt
sich bei einem Winkel von 90° zur
Längsachse
RM des Rotors 4 für
die Deckplatten 3 eine Gesamtteilung von T1.
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6 zeigt
die Draufsicht auf drei Deckplatten 3 nach ihrer Verdrehung.
Mit Hilfe der später
beschriebenen Spannvorrichtung mit Bügeln 5 und Spannschrauben 6 werden
der Dichtungskamm 3.6 und gleichzeitig die Planflächen 3.2 und 3.3 in
eine Flucht gebracht. Die Spannvorrichtungen erzeugen dabei eine
gegenläufige Verdrehung
an allen drei Deckplatten 3. Durch die Verdrehung mittels
der Spannvorrichtungen ändert
sich der ursprüngliche
Rhomboidwinkel Beta 1 der Deckplatte 3 (5)
in einen neuen Rhomboidwinkel Beta 2. Durch die Winkeländerung
reduziert sich die Gesamtteilung T1 von 5 in T2
von 6.
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Die
Erfindung ist nicht anwendbar auf Laufschaufeln mit einem Winkel
Beta 1 gleich 0°.
Die Deckplatte hat hier die Form eines Rechtecks. Die Teilung erreicht
den Minimalwert für
Maß ts
in 3. Bei einer Verdrehung der Deckplatte vergrößert sich
das Maß ts.
Die im Verfahren gewünschte
Verkleinerung der wirksamen Deckplattenteilung in radialer Ebene
RE bei ihrer Verdrehung tritt an einem Rechteck nicht ein.
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Die
Verdrehung der Deckplatten 3 wird, wie in 4 zu
sehen ist, von den in der Nut des Rotors 4 gehaltenen Schaufelfüßen 1 mit
der eingepassten Fußbreite
zwischen den seitlichen Flächen 1.2 und 1.3 blockiert.
Das Schaufelprofil 2 verdreht sich jedoch ausgehend von
der Deckplatte 3 abnehmend bis zum Schaufelfuß 1.
Die Verdrehung im Schaufelprofil 2 erzeugt eine Torsionsspannung
im elastischen Bereich, die wie in einer Feder gespeichert bleibt.
Wenn eine Schaufelreihe nach dem Einbau der Schlossschaufel geschlossen ist
und alle Spannvorrichtungen entfernt sind, bilden die Deckplatten 3 in
der Schaufelreihe einen geschlossenen Ring, in dem sich die Deckplatten 3 dann
gegenseitig blockieren. Aufgrund der Teilungszugabe 3.1 an
allen Deckplatten 3 können
die Deckplatten 3 sich nicht mehr in ihre Ausgangslage
von 5 zurückdrehen.
Die Torsionsspannung bleibt in den Schaufelprofilen 2 gespeichert
und kann so die gestellte Aufgabe, auftretende Spalte zwischen den
Deckplatten 3 im Betriebszustand der Turbine zu kompensieren,
erfüllen.
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Aufgrund
der Fertigung der Deckplatten 3 mit dem Verdrehwinkel Alpha
ergibt sich beim zwanglosen Einbau der Schaufeln in den Rotor 4 vor
ihrer Verdrehung an den Stirn- oder Teilungsflächen 3.4. 3.5 der
Deckplatte 3 ein Versatz zur benachbarten Deckplatte 3 (5).
Die Versatzgröße bestimmt
das Maß der
Verdrehung der Deckplatten 3 mittels der später beschriebenen
Spannvorrichtung im Zusammenbau.
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Der
Verdrehwinkel Alpha setzt sich aus dem theoretischen Verdrehwinkel
zum Teilungsaufmass plus einem Verlustzuschlag zusammen. Der Verlustzuschlag
soll die Verluste ausgleichen, die sich aus der Lageänderung
am Schaufelfuß 1 beim
Einbau in den Rotor 4 durch vorhandenes Spiel in der Führungsbreite,
aus dem Wirkungsgrad der Spannvorrichtung, aus der Rückfederung
der Schaufeln und aus der Spaltbildung an den Teilungsflächen der
Deckplatten beim Schaufeleinbau ergeben. Zusätzlich muss ein Spalt von mindestens 1
mm auf die letzte Deckplattenteilung zum zwanglosen Einbau der Schlossschaufel
erzeugt werden. Die Größe des Verlustzuschlages
auf den theoretischen Verdrehwinkel zum Teilungsaufmass wird von
den konstruktiven Gegebenheiten an der Laufschaufel und am Rotor 4 bestimmt.
Er ist ein Erfahrungswert und kann bei der Erstanwendung nur geschätzt werden.
Für einen
ungehinderten Einbau der Schaufeln ist es zweckmäßig, den Zuschlag größer als
erforderlich festzulegen.
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In
den 7 bis 9 ist eine einfache Spannvorrichtung
zur Verdrehung der Deckplatten 3 dargestellt. Diese Spannvorrichtung
besteht aus einem Bügel 5,
der mit einer Längsnut 5.1 versehen
ist. Einer der Schenkel des Bügels 5 ist
mit zwei Innengewinden versehen, die jeweils eine Spannschraube 6 aufnehmen. Der
Bügel 5 wird
mit der Längsnut 5.1 mit
Spiel auf dem Dichtungskamm 3.6 der Deckplatte 3 mittig
zu den beiden Teilungsflächen 3.4 und 3.5 zweier
Deckplatten 3 aufgesetzt. Die beiden Spannschrauben 6 spannen zwei
neben einander liegende Schaufeln, und zwar die jeweils in die Nut
des Rotors 4 gerade eingesetzte und die zuvor eingesetzte
Schaufel. Die Spannschrauben 6 verdrehen die beiden Deckplatten 3 um
den Winkel Alpha und bringen den Dichtungskamm 3.6 und
die Planflächen 3.2 und 3.3 in
eine Flucht. Ist die letzte Schaufel einer Schaufelreihe eingesetzt
und gegenüber
der benachbarten Schaufel verdreht, werden die Bügel 5 der Spannvorrichtungen
entfernt. Die Deckplatte 3 ist bei ihrem Einbau in den
Rotor 4 mit einer Bearbeitungszugabe vorbearbeitet. Die
Fertigkontur 3.7 wird nach dem Einbau der Schaufeln gedreht.
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Je
nach der Form und Größe der Deckplatte 3 kann
eine ähnliche
Spannvorrichtung auch alternativ an dem Steg der Planfläche 3.3 oder über die
gesamte Deckplattenbreite platziert werden (11).
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Alternativ
zu der beschriebenen Spannvorrichtung kann wie in 10 am
Außendurchmesser
der Deckplatte 3 eine Hilfsnut zur Aufnahme für einen
Haltedraht 8 eingearbeitet werden. Die Deckplatten 3 werden
mit geeignetem Werkzeug, z. B. einer Zange oder Gabel, von Hand
in die gewünschte
Position gedreht und der Haltedraht 8 in die Nut eingefügt. Der
Haltedraht 8 hält
dann die Deckplatten 3 bis zur vollständigen Beschaufelung der Stufe
in ihrer Position. Danach wird er entfernt und die Deckplatte 3 nach
der Fertigkontur 3.7 fertiggedreht. Der Haltedraht 8 kann
durchgehend oder stückweise
in die Hilfsnut eingebracht werden. Alternativ zum Haltedraht 8 kann
auch ein Blechstreifen die gleiche Funktion erfüllen.
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12 zeigt,
wie an einer einfachen Deckplatte 3 ohne Expansionsschräge die Hilfsnut
mit dem Haltedraht 8 außerhalb Deckplattenbreite angeordnet
werden kann.
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In 13 und 14 ist
der theoretische Hintergrund der Erfindung zeichnerisch dargestellt. 13 zeigt
die Draufsicht auf die Deckplatte 3 vor und nach ihrer
Verdrehung. Vor der Verdrehung hat die Deckplatte 3 die
Stellung der gestrichelten Kontur mit einem Teilungsmaß t1 von
Punkt A bis A auf der radialen Ebene RE. Nach der Verdrehung mit
dem Winkel Alpha nimmt die Deckplatte 3 die Vollkontur
ein. Die Teilung t2 liegt jetzt von Punkt C bis C auf der radialen
Ebene RE. Die Teilung t1 hat sich an beiden Seiten um Maß a verkleinert. Der
Rhomboidwinkel Beta 1 vor der Verdrehung hat sich um minus Winkel
Alpha in Beta 2 nach der Verdrehung reduziert.
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Die
Verdrehung der Deckplatte 3 erfolgt um die Längsachse
der Schaufel in dem Punkt DP, der sich im Schwerpunkt des Schaufelprofils 2 befindet.
In 13 liegt der Punkt DP in der Deckplattenmitte,
wodurch sich ein symmetrisches Bild ergibt. Liegt der Punkt DP außerhalb
der Deckplattenmitte, ist die Reduzierung der Teilung an den beiden
Teilungsflächen 3.4 und 3.5 ungleich,
bleibt aber in der Summe gleich der symmetrischen Ausführung. Die
Größe der Teilungsreduzierung
ist unabhängig
von der Lage des Drehpunktes DP in der Deckplatte 3, diese
Größe wird
vom Verdrehwinkel Alpha bestimmt. Alle Punkte auf der Deckplatte 3 beschreiben
bei ihrer Verdrehung Kreisbögen
um den Punkt DP, wie z. B. D1, D2 und D3. Der Punkt A bewegt sich
auf dem Kreisbogen D1 nach Punkt B und liegt dann um Maß c oberhalb
der radialen Ebene RE. Die Einzelheit X in 13 ist
in 14 nochmals vergrößert dargestellt.
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Die
15 zeigt
die Draufsicht auf die Deckplatte
3 mit Berechnung von
Verdrehwinkel Alpha. Aus der Schaufeleinbauzahl [n] pro Stufe, dem
Durchmesser [D max.] und dem Rhomboidwinkel [Beta 1] an der Deckplatte
3 sowie
dem gewählten
Teilungszuschlag [tz] errechnet sich die senkrechte Teilung [ts]
an der Deckplatte
3 nach folgender Formel unter der Bedingung,
dass die Schaufelteilung Delta wie in
2 beidseitig
gleich Delta/2 ist:
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Die
in 15 eingesetzten Parameter haben folgenden Bezug:
- t1
- ist die Deckplattenteilung
vor ihrer Verdrehung auf der radialen Ebene RE
- Beta 1
- ist der Rhomboidwinkel
zur Rotormitte RM vor der Verdrehung (z. B. 30°)
- t3 = R
- ist t1 ohne die Teilungszugabe
tz (z. B. 0,2 mm) bzw. die Deckplattenteilung nach ihrer Verdrehung zu
tz auf der radialen Ebene RE
- Alpha 1
- ist der theoretische
Verdrehwinkel zur gewählten
Teilungszugabe tz (z. B. 0,36°)
- Beta 3
- ist der Rhomboidwinkel
zur Rotormitte RM nach der Verdrehung mit Alpha 1
- Z%
- ist der Verlustzuschlag
auf Alpha 1
- Alpha
- ist der gesamte Verdrehwinkel
der Deckplatte 3 bestehend aus Alpha 1 und dem gewählten Verlustzuschlag
Z% (z. B. 0,6°).