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Die
Erfindung betrifft allgemein Leitapparatanordnungen für Dampfturbinen
und speziell eine verschweißte
Leitapparatanordnung sowie Montagevorrichtungen, die eine fluchtende
Ausrichtung und die Herstellung des Leitapparats erleichtern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Dampfturbinen
enthalten gewöhnlich
statische Leitapparatsegmente, die den Dampfstrom in rotierende
Schaufeln lenken, die mit einem Laufrad verbunden sind. In Dampfturbinen
wird eine Reihe von Leitapparaten, wobei jeder Leitapparat eine
Strömungsflächen- oder
Laufschaufelkonstruktion aufweist, gewöhnlich als Leitapparatstufe
bezeichnet. Herkömmliche
Leitapparatstufen werden hauptsächlich
unter Verwendung eines von zwei Verfahren hergestellt. Ein erstes
Verfahren verwendet eine Band/Ring-Konstruktion, bei der die Schaufeln
zunächst
zwischen inneren und äußeren Bänder verschweißt werden,
die sich über
180° erstrecken.
Diese mit verschweißten
Schaufeln versehenen gekrümmten
Bänder
werden anschließend
eingebaut, d. h. zwischen dem inneren und äußeren Ring des Stators der
Turbine geschweißt.
Das zweite Verfahren verwendet häufig
Schaufeln, die unmittelbar an innere und äußere Ringe mittels einer an
den Ringstößen angebrachten
Kehlnaht geschweißt
sind. Das letztere Verfahren wird gewöhnlich im Falle verhältnismäßig großer Schaufeln
verwendet, bei denen Zugang zum Erzeugen der Schweißnaht vorhanden
ist.
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Der
Einsatz des zuerst erwähnten Band/Ring-Einbauverfahrens
weist spezielle Nachteile auf. Ein Hauptnachteil des Band/Ring-Einbauverfahrens
ist die mit diesem verbundene Schweißverformung des Strömungspfads,
d. h. zwischen benachbarten Laufschaufeln und den Dampfpfadseitenwänden. Die
Abmessung und der Wärmeeintrag der
für diese
Vorrichtungen eingesetzten Schweißnaht ist beträchtlich.
D. h., mit dem Einsatz einer erheblichen Menge metallischen Füllstoffs
erfordert die Schweißnaht
einen hohen Wärmeeintrag.
In einer Abwandlung sind die Schweißnähte sehr tiefe Elektronenstrahlschweißnähte (EBWs),
die kein Füllstoffmetall
verwenden. Ein derartiger Eintrag von Material oder Wärme führt zu einer
Verformung des Strömungspfads;
beispielsweise verursacht die Werkstoffschrumpfung eine Wölbung der
Schaufeln in dem Strömungspfad,
die von der für
sie konstruierten Gestalt abweicht. Häufig müssen die Strömungsflächen nach
dem Schweißen
und der Spannungsentlastung korrigiert werden. Das Ergebnis dieser Dampfpfadverformung
ist ein verringerter Statorwirkungsgrad. Außerdem ändern sich aufgrund des Einschweißens der
Leitapparate in die Statoranordnung möglicherweise die Oberflächenprofile
der inneren und äußeren Bänder, was
zu zusätzlichen
Irregularitäten
des Strömungspfad
führt.
In der Regel biegen und verformen sich daher die Leitapparate und
Bänder.
Dies erfordert einen erheblichen Aufwand an Nachbearbeitung der
Leitapparatkonstruktion, um sie mit den Konstruktionskriterien in Übereinstimmung zu
bringen. In vielen Fällen
sind etwa 30% der Kosten der Gesamtkonstruktion der Leitapparatanordnung nach
dem Schweißen
und der Spannungsentlastung auf die Wiederherstellung der ursprünglich entworfenen
Gestalt der Leitapparatanordnung zurückzuführen.
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Weiter
verfügen
Montageverfahren, die in Ringe eingeschweißte Einzelleitapparatkonstruktionen
verwenden, nicht über
eine definierte Schweißnahttiefe,
verfügen
weder auf dem inneren noch dem äußeren Ring über Montageausrichtungsmerkmale und
weisen außerdem
nachteilig keine Sicherungsmerkmale für den Fall eines Schweißnahtbruchs
auf. Darüber
hinaus weisen Montageverfahren und Konstruktionen von Leitapparaten
nach dem Stand der Technik keine den Leitapparatgrößen gemeinsamen Merkmale
auf, die wiederholbare Einspannverfahren ermöglichen. D. h., die Leitapparatanordnungen
verfügen über kein
Merkmal, das sämtlichen
Leitapparatgrößen gemeinsam
ist, um als Bezugspunkt für Maschinensteuerungsmittel
zu dienen, und ohne ein solches Merkmal ist für jede Leitapparatanordnungsgröße eine
eigene Voreinstellung, Vorverarbeitung und spezielle Werkzeugbestückung erforderlich,
was die Kosten steigert. Es besteht somit nachweislich ein Bedarf
nach einem verbesserten Dampfströmungspfad
für einen
Statorleitapparat, der mit geringem Wärmeeintrag auskommende Schweißnähte aufweist,
um eine auf Schweißvorgänge zurückzuführende Dampfpfadverformung
auf ein Minimum zu reduzieren oder zu eliminieren, sowie um Herstellungs-
und Zykluskosten durch Hinzufügen
von Merkmalen zu verbessern, die Montage- und Maschineneinspannvorgänge vereinfachen,
die fluchtende Ausrichtung der Leitapparatanordnung in dem Stator
erleichtern und eine mechanische Sperre bereitstellen, um eine Stromabwärtsbewegung
der Leitapparatanordnung im Falle eines Schweißnahtbruchs zu verhindern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
exemplarischen, nicht als beschränkend
zu bewertenden Ausführungsbeispiel betrifft
die Erfindung eine Leitapparatlaufschaufel, die radial innere und äußere Wände mit
einem sich dazwischen erstreckende Schaufelblattabschnitt aufweist;
wobei die inneren und äußeren Wände auf
entsprechenden entgegengesetzten gegenüberliegenden Flächen mit
Ausrichtungsmerkmalen ausgebildet sind, die mit einer durch die
Leitapparatlaufschaufel verlaufenden zentralen Längsachse fluchtend ausgerichtet
sind.
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In
einem weiteren nicht beschränkenden
Aspekt betrifft die Erfindung eine Leitapparatlaufschaufel in Verbindung
mit einer Bearbeitungsmontagevorrichtung, wobei die Leitapparatlaufschaufel
radial innere und äußere Wände mit
einem sich zwischen den inneren und äußeren Wänden erstreckenden Schaufelblattabschnitt
aufweist; wobei die innere Wand an ihrer Oberfläche mit einem Ausrichtungsmerkmal
ausgebildet ist, das mit einer durch die Leitapparatlaufschaufel
verlaufenden zentralen Längsachse
fluchtend ausgerichtet ist; und wobei die Bearbeitungsmontagevorrichtung
eine erste drehbare Montagevorrichtungskomponente aufweist, die
sich mit dem Ausrichtungsmerkmal in Eingriff befindet.
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In
noch einem weiteren nicht beschränkenden
Aspekt betrifft die Erfindung eine Leitapparatlaufschaufel in Verbindung
mit einer Bearbeitungsmontagevorrichtung, wobei zu der Leitapparatlaufschaufel radial
innere und äußere Wände mit
einem Schaufelblattabschnitt, der sich zwischen den inneren und äußeren Wänden erstreckt;
und auf der Leitapparatlaufschaufel und der Bearbeitungsmontagevorrichtung angeordnete
universelle Ausrichtungsmerkmale gehören, wobei das Ausrichtungsmerkmal
auf der Laufschaufel angeordnet ist, um die Laufschaufel fluchtend
mit einer Maschinenmittelachse auszurichten, um die die Laufschaufel
während
einer spanabhebenden Bearbeitung gedreht wird, wenn sich das Ausrichtungsmerkmal
auf der Laufschaufel mit dem Ausrichtungsmerkmal auf der Bearbeitungsmontagevorrichtung
in Eingriff befindet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht
schematisch einen Querschnitt durch eine Leitschaufelkranzstufe
des Dampfturbinenleitapparats nach dem Stand der Technik;
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2 zeigt
schematisch eine Dampfturbinenstufe, die eine Leitapparatanordnung
sowie Schweißnahtmerkmale
verwendet, gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 veranschaulicht
in einer perspektivischen Ansicht eine Einzelschaufelleitapparatanordnung;
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4 veranschaulicht
schematisch eine Anordnung des Einzelschaufelleitapparats nach 3 zwischen
dem inneren und äußeren Ring
des Stators;
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5 und 6 sind
vergrößerte perspektivische
Ansichten von Einzelschaufelleitapparaten, die Fluchtungs- und Bezugsmerkmale
verwenden;
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7 und 8 zeigen
perspektivische Teilansichten einer Leitapparatanordnung, die weitere Ausführungsbeispiele
der Fluchtungs- und Bezugsmerkmale der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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9 veranschaulicht
in einer perspektivischen Ansicht einen in einer Bearbeitungseinspannvorrichtung
eingespannten Einzelschaufelleitapparat;
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10 zeigt
in einer Draufsicht von der Seite den Leitapparat und die Spannvorrichtung
nach 9;
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11 veranschaulicht
in einer perspektivischen Ansicht den in 9 und 10 gezeigten Einzelschaufelleitapparat;
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12 zeigt
in einer auseinandergezogenen Ansicht den Leitapparat und die in 9 und 10 gezeigte
Spannvorrichtungsanordnung; und
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13 und 14 zeigen
perspektivische Ansichten von Einzelschaufelleitapparaten, die Fluchtungs-
und Bezugsmerkmale gemäß weiteren Ausführungsbeispielen
veranschaulichen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete
Leitapparatanordnung aus dem Stand der Technik veranschaulicht.
Die Anordnung 10 enthält
mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Strömungsflächen oder Laufschaufeln 12, die
an gegenüberliegenden
Enden zwischen inneren und äußeren Bändern 14 bzw. 16 verschweißt sind. Die
inneren und äußeren Bänder sind
zwischen inneren und äußeren Ringen 18 bzw. 20 verschweißt. Außerdem sind
mehrere an einem Laufrad 24 befestigte Schaufeln 22 veranschaulicht.
Es ist einsichtig, dass die Leitapparatanordnung 10 in
Verbindung mit den Schaufeln 22 eine Stufe einer Dampfturbine
bildet.
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Weiter
mit Bezug auf 1 sind die Schaufeln 12 einzeln
in nicht gezeigte im Wesentlichen entsprechend gestaltete Lö cher geschweißt, die
in dem inneren und äußeren Band 14 bzw. 16 angeordnet sind.
Die inneren und äußeren Bänder 14 und 16 erstrecken
sich gewöhnlich
in Form zweier Segmente, die jeweils etwa 180° aufweisen. Nachdem die Schaufeln
zwischen die inneren und äußeren Bänder geschweißt sind,
wird diese Teilanordnung anschließend mittels eines hohen Wärmeeintrags
und tiefer Schweißnähte zwischen
den inneren und äußeren Ring 18 und 20 geschweißt. Beispielsweise
wird das innere Band 14 an den inneren Ring 18 durch
eine Schweißnaht 26 geschweißt, die
eine erhebliche Menge an metallischem Füllstoff verwendet, oder die eine
sehr tiefe Elektronenstrahlschweißnaht erfordert. Darüber hinaus
erfordert die Rückseite,
d. h. die stromabwärtige
Seite der Schweißnaht
zwischen dem inneren Band und dem inneren Ring eine weitere Schweißnaht 28 mit
hohem Wärmeeintrag.
In ähnlicher
Weise sind Schweißnähte 30, 32 mit
hohem Wärmeeintrag
in Verbindung mit erheblichen Mengen an metallischem Füllstoff
oder sehr tiefe Elektronenstrahlschweißnähte erforderlich, um das Außenband 16,
wie veranschaulicht, an entgegengesetzten axialen Orten an den äußeren Ring 20 zu
schweißen. Wenn
die Schaufeln 12 anfangs an die inneren und äußeren Bänder 14, 16 und
anschließend
an die inneren und äußeren Ringe 18 und 20 geschweißt werden,
verursachen diese großen
Schweißnähte daher aufgrund
des hohen Wärmeeintrags
und Schrumpfens des metallischen Werkstoffs eine erhebliche Verformung
des Strömungspfads,
so dass es zu Abweichungen der Schaufeln von der entworfenen Konstruktion
kommt. Außerdem
können
sich die inneren und äußeren Bänder 14, 16 hinsichtlich
ihrer konstruierten Gestalt irregulär verformen und auf diese Weise
den Strömungspfad
zusätzlich
verzerren. Im Ergebnis ist es erforderlich, den Leitapparatanordnungen
nach dem Schweißen
und der Spannungsentlastung wieder ihre ursprünglich entworfene Gestalt zu verleihen,
was, wie zuvor festgestellt, 25–30%
der Kosten der Gesamtkonstruktion der Leitapparatanordnung ausmachen
kann. Falls ein Elektronenstrahlschweißverfahren eingesetzt wird,
wird dieses schließlich
möglicherweise
zu Gänze
von einer Richtung her über
die gesamte Strecke bis zur gegenüberliegenden Seite (mit einer
Dicke von bis zu 4 Zoll) durchgeführt.
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Es
existieren auch Einzelschaufelleitapparatanordnung nach dem Stand
der Technik, die keine definierte Schweißnahttiefe aufweisen und somit
unterschiedliche Schweißnahttiefen
verwenden, um die Einzelschaufeln zwischen den inneren und äußere Ringen
in die Leitapparatanordnung zu schweißen. D. h., die Schweißnahttiefen
variieren möglicherweise,
da der Spalt zwischen den Seitenwänden der Leitschaufel und den
Ringen nicht einheitlich ist. In dem Maße, wie sich der Spalt aufgrund
von Bearbeitungstoleranzen erweitert, ändern sich die Tiefe und die
Eigenschaften der Schweißnaht.
Ein enger Schweißspalt
kann eine Schweißnaht
hervorbringen, die kürzer
als gewünscht
ist. Ein verhältnismäßig breiter
Schweißspalt
treibt die Schweißnaht
oder den Elektronenstrahl möglicherweise
tiefer und kann in der Schweißnaht
unerwünschte
Lunker hervorrufen. Für
herkömmliche
Einzelschaufelleitapparatkonstruktionen wird außerdem eine Schweißvorbereitung
an dem Grenzflächen
eingesetzt, was den Einsatz einer Füllstoffschweißtechnik
erfordert, die einen unerwünscht
hohen Wärmeeintrag
aufweist.
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Mit
Bezug auf 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Leitapparatanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, das eine Einzelschaufel, d. h. eine einzelne
Schaufel mit Seitenwänden
verwendet, die mit einer einen geringen Wärmeeintrag erfordernden Schweißnaht unmittelbar
an innere und äußere Ringe
geschweißt
ist, wobei die Leitapparatanordnung mechanische Merkmale, die aufgrund
einer mechanischen Sperre an den Grenzflächen zwischen der Leitapparatanordnung und
den inneren und äußeren Ringen
eine Steigerung der Zuverlässigkeit
und Verminderung von Gefahren ermöglichen, so wie Ausrichtungsmerkmale aufweist.
Insbesondere enthält
die Leitapparatanordnung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einstückig
ausgebildete Schaufelteilanordnungen, die allgemein mit 40 bezeichnet
sind. Jede Teilanordnung 40 enthält eine zwischen inneren und äußeren Seitenwänden 44 bzw. 46 angeordnete
Einzelschaufel oder Einzellaufschaufel 42, wobei die Laufschaufel
und Seitenwände
aus einem endmaßnahen
Schmiedestück
oder einem Werkstoffblock spanabhebend ausgebildet werden. Wie zu
sehen, enthält
die innere Seitenwand 44 eine Ausnehmung 48, die
längs Anströmkanten
und Abströmkanten
der inneren Seitenwand 44 seitlich durch radial nach innen
vorspringende Schultern oder Flansche 50 und 52 begrenzt
sind. In einer Abwandlung kann die innere Seitenwand 44 geeignet konstruiert
sein, um benachbart zu der Anströmkante und
Abströmkante
der inneren Seitenwand einen zentralen Vorsprung vorzusehen, der
seitlich von radial sich nach außen erstreckenden Ausnehmungen flankiert
ist. In ähnlicher
Weise enthält
die äußere Seitenwand 46,
wie veranschaulicht, eine Ausnehmung 54, die benachbart
der Anströmkante
und Abströmkante
der äußeren Seitenwand 46 von
einem Paar radial sich nach außen
erstreckenden vorstehenden Schultern oder Flanschen 56, 58 flankiert oder
begrenzt ist. In einer Abwandlung kann die äußere Seitenwand 46 einen
zentralen Vorsprung aufweisen, der längs Anström- und Abströmkanten
der äußeren Seitenwand
von radial sich nach innen erstreckenden Ausnehmungen flankiert
ist.
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Die
Einzelleitschaufeln 40 werden anschließend zwischen den inneren bzw. äußeren Ringen 60 und 62 mittels
einer niedriger Wärmeeintrag
erfordernden Schweißnaht
eingebaut. Beispielsweise wird für
die Schweißnaht
mit geringem Wärmeeintrag eine
Stumpfstoßschweißfuge und
vorzugsweise eine flache Elektronenstrahlschweißnaht oder eine flache Laserschweißnaht oder
ein Flachschweißverfahren mittels
Schmelzmittel-TIG (Wolframi nertgas) oder A-Wolframinertgas eingesetzt.
Durch den Einsatz dieser Schweißverfahren
und Arten von Schweißnähten ist
die Schweißnaht
auf den Bereich zwischen den Seitenwänden und den Ringen, der den
Schultern der Seitenwände
benachbart ist, oder, falls die Konfiguration umgekehrt ist, in
dem bei den Grenzflächen
angeordneten Bereich der Schultern der inneren und äußeren Ringe,
wie in 2 dargestellt, beschränkt. Somit entsteht die Schweißnaht lediglich über eine
kurze axiale Distanz, die vorzugsweise nicht die axiale Ausdehnung
der Schultern längs
entgegengesetzten axialen Enden der Seitenwände überschreitet, und ohne Einsatz
von Schweißdrahtfüllstoff.
Im Besonderen wird weniger als die Hälfte des die inneren und äußeren Seitenwände überspannenden
axialen Abstands verwendet, um den Einzelschaufelleitapparat zwischen
die inneren und äußeren Ringe
zu schweißen.
Indem beispielsweise Elektronenstrahlschweißen in einer axialen Richtung
sowohl von der Anströmkante
als auch von den Abströmkanten
des zwischen den Seitenwänden
und den Ringen vorhandenen Zwischenraums ausgehend verwendet wird,
ist die axiale Weite der Schweißnähte dort,
wo die Materialien der Seitenwände
und Ringe verschmelzen, geringer als die Hälfte der Weite des axialen
Zwischenraums. Wie zuvor festgestellt, könnte sich die Schweißnaht im
Falle des Einsatzes einer Elektronenstrahlschweißnaht durch die gesamte Weite
des Stoßes
der Seitenwände
und der Ringe erstrecken.
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Ein
Einbauverfahren ist am deutlichsten in 4 veranschaulicht,
wobei der veranschaulichte Vorgang des Einbaus den Schritt des Anordnens
einer Einzelschaufel 40 zwischen den inneren und äußeren Ringen 60, 62 beinhaltet,
wenn die Ringe und Einzelschaufeln sich in einer horizontalen Orientierung
befinden. Auf diese Weise werden die Leitapparatanordnungen durch
Drehen dieser Anordnung in Umfangsrichtung gegenüber einem stationären Elektronenstrahlschweißgerät, oder
vice versa, und anschließende
Umkehrung der Anordnung und Vervollständigen der Schweißnaht von
der entgegengesetzten Axialrichtung her mit den inneren und äußeren Ringen
in einer um den Umfang angeordneten Gruppe derselben ohne den Einsatz
hohen Wärmeeintrags
oder Füllstoffmaterials
verschweißt.
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Wie
in 2 deutlich zu sehen, sind zwischen den einzelnen
Schaufeln 40, 50, 52, 56, 58 und
den Ringen 60, 62 außerdem mechanische Grenzflächen vorhanden.
Diese Grenzflächen
umfassen die Schultern oder Flansche, die mit den Ausnehmungen der
komplementären
Komponente in Eingriff stehen. Diese auf Schulter und Ausnehmung basierende
Konstruktion wird verwendet, um die Schweißnahttiefe zu steuern und um
diese während der
Herstellung zwischen den Leitschaufeln definiert und einheitlich
zu gestalten. Diese Sperre wird außerdem genutzt, um die Leitschaufeln
zwischen den inneren und äußeren Ringen
axial fluchtend anzuordnen. Die Sperre hält die Leitapparate während des Einbaus
der Leitschaufeln zwischen den inneren und äußeren Ringen und der Schweißnaht an
Ort und Stelle. D. h., die Leitschaufeln können dicht aneinander angeordnet
und zwischen die inneren und äußeren Ringen
gepackt werden, während
sie durch die Ringe festgehalten werden. Darüber hinaus hält die mechanische
Sperre die einzelnen Schaufeln während
des Dampfturbinenbetriebs im Falle eines Schweißnahtbruchs in axialer Position,
d. h., sie hindert die Einzelschaufel daran sich stromabwärts in Berührung mit
dem Laufrad zu bewegen.
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Mit
speziellem Bezug auf 5, 6 und 7 sind
ferner Merkmale veranschaulicht, die der Schaufelkonstruktion hinzugefügt sind,
die das Einspannen der Leitschaufel erleichtert, während diese Bearbeitungen
durch eine Fräsmaschine
erfährt.
Diese Merkmale sind der Leitschaufelkonstruktion hinzugefügt, um eine
einheitliche Schnittstelle für
den bearbeitenden Einzelschaufelhersteller zu erhalten. Beispielsweise
gehört
zu einem jener Merkmale, wie in 5 gezeigt,
eine auf der oberen oder unteren Seitenwand angeordnete Rippe oder
Schiene 70. Ein weiteres Einspannmerkmal ist in 7 veranschaulicht,
das auf einer längs
der äußeren Seitenwand 46 sich
nach vorne erstreckenden Rippe 72 basiert. Es ist einsichtig,
dass die Rippe 72 entlang der inneren Seitenwand 44 vorgesehen
sein kann, und sie kann in beiden Fällen benachbart der Abstromflächen jener
Seitenwände
ausgebildet sein. In 6 können ebene Flächen 74 auf
der Außenfläche der äußeren Seitenwände sowie
ebene Flächen 76 auf
der Außenfläche der
inneren Seitenwand vorgesehen sein. Diese ebenen Flächen 74 und 76 dienen
als Bearbeitungsbezugspunkt, um das Einspannen bei spanabhebenden
Bearbeitungsvorgängen
zu erleichtern. Herkömmliche
Konstruktionen weisen eine radiale Fläche auf, deren Bearbeitung
komplizierter und kostspieliger ist, und die sich nur schwer für die spanabhebende
Bearbeitung einer Komponente einspannen lässt.
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In 8 kann
auf der vorderen oder hinteren äußeren Seitenwand
oder auf der vorderen oder hinteren inneren Seitenwand ein Paar
Löcher
ausgebildet werden. Das Bearbeitungszentrum ist in der Lage diese
Löcher
mit Blick auf mehrere Leitapparatkonstruktionen und Größen einheitlich
zu erfassen, so dass das Einspannen zum Zweck einer maschinellen Bearbeitung
erleichtert ist. Es steht dem Hersteller der Maschine durch das
Hinzufügen
dieser Merkmale somit eine konsistente Schnittstelle zur Verfügung, was
hinsichtlich der spanabhebenden Bearbeitung der Schaufel einer Reduzierung
der Werkzeugbestückung,
der Vorverarbeitung und des Bearbeitungszyklus dient. Diese Einspannmerkmale
erfüllen
den Bedarf, einen Bezugspunkt vorzusehen, um dem numerisch gesteuerten
Bearbeitungswerkzeug zu ermöglichen,
den Ort eines Merkmals zu identifizieren, das sämtlichen Leitapparaten gemeinsam
ist. Beispielsweise stellt das in 8 veranschaulichte
Paar Löcher 78 zwei
Punkte auf einer Montagevorrichtung bereit und bestimmt zwei Ebenen,
was die gesamte Stellung des Leitapparats während einer spanabhebenden
Bearbeitung steuert, so dass es der Maschine ermöglicht ist, einstückig hergestellte
Leitschaufeln beliebiger Abmessung auszubilden.
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Mit
Bezug auf 9, 10 und 12 ist eine
Spannvorrichtung 80 gezeigt, die eine Bearbeitungsmontagevorrichtung 82 aufweist,
die an einem (nicht gezeigten) Tisch befestigt ist, der um eine
Maschinenmittelachse A drehbar ist. Die Montagevorrichtung 82 ist
mit einem Spalt 84 (oder Ausrichtungsmerkmal) versehen,
der ein weiteres Ausrichtungsmerkmal in Form einer (der Schiene 70 in 5 ähnelnden)
obersten Schiene bzw. Kamms 86 aufnimmt, der sich über die
innere Seitenwand 88 der Schaufel 90 erstreckt.
Zu beachten ist, dass ein (in 12 nicht
gezeigter) Wandabschnitt 83 der Montagevorrichtung 82 gleitend
befestigt sein kann, um ein Klemmen der Leitapparatschiene 86 innerhalb
der Nut 84 zu erleichtern. Somit definiert die Unterseite der
gleitend verschiebbaren Wand 83 die Oberseite der Nut 84.
Wie am besten in 11 zu sehen, ist in der Mitte
der Schiene 86 eine Ausnehmung 92 ausgebildet.
Die Ausnehmung 92 ist dazu eingerichtet, eine in dem Spalt 84 ausgebildete
Nase 94 in Eingriff zu nehmen. Die oberste Schiene 86 und
der Spalt 84 schneiden die Bearbeitungsmittelachse A, und
die Ausnehmung 92 und die Nase 94 dienen dazu,
die Mitte des Schaufelblattabschnitts der Leitapparat mit der Achse
A fluchtend auszurichten und außerdem eine
seitliche Bewegung der Schaufel zu verhindern. Eine auf der Mittelachse
A angeordnete Stützspindel 96 wird
bei einer spanabhebenden Bearbeitung in einer in der äußeren Seitenwand 95 des
Einzelschaufelleitapparats 90 ausgebildeten Kerbe 93 in
Eingriff genommen. Diesbezüglich
dreht die Spannvorrichtung 80 den Einzelschaufelleitapparat 90 in
Bezug auf ein die Schaufel hinsichtlich ihrer endgültigen technischen
Maße bearbeitendes
(nicht gezeigtes) Werkzeug um die Achse A.
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Zu
beachten ist, dass aufgrund der Tatsache, dass für Schienen auf vielfältigen Leitapparaten
dieselben Breiten und Dicken verwendet werden, und dass dafür gesorgt
ist, dass die Schienen durch die Bearbeitungsmittelachse verlaufen
bzw. diese schneiden, die entsprechenden Ausrichtungsmerkmale eine
universelle Anwendung der Montagevorrichtung 82 für sämtliche
Leitapparatkonstruktionen ermöglichen,
die, wie oben beschrieben, mit einer geeignet angeordneten obersten
Schiene und Aussparung versehen sind.
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Es
ist einsichtig, dass die Einspannschiene 86 auf jeder Leitschaufel
nach Vollendung der spanabhebenden Bearbeitung des Schaufelblattes
auf der Einzelschaufel verbleiben kann oder von dieser entfernt
werden kann. Falls die Schiene verbleibt, könnte sie in einer geeignet
dimensionierten Nut in dem inneren oder äußeren Ring aufgenommen werden.
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13 und 14 veranschaulichen
jeweils Leitapparate 96, 98, die den in 9–12 gezeigten ähneln, jedoch
sind die entsprechenden Schienen 100, 102 relativ
zu den entsprechenden äußeren Seitenwänden 104, 106 und
Schaufeln 108, 110 aufgrund von Unterschieden
der Leitapparatkonstruktion neu ausgerichtet. Beispielsweise erstreckt
sich die Schiene 100 in 13 senkrecht
zu der Seitenwandrand 112 des äußeren Rings, und eine Aussparung 114 ist
entlang der Schiene 100 zentriert. In 14 erstreckt
sich die Schiene 102 parallel zu dem Seitenwandrand 116,
und die Aussparung 118 ist gegenüber der Länge der Schiene asymmetrisch angeordnet.
In sämtlichen
Fällen
durchquert die Schiene allerdings die Mitte des Schaufelblattabschnitts
und kann in Zusammenhang mit der Nasen-/Aussparungsanordnung in Verbindung
mit der gleichen Montage vorrichtung 82 verwendet werden, um
die Einzelschaufel zur spanabhebenden Bearbeitung der Schaufel mit
der Maschinenmittelachse A fluchtend auszurichten.
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Es
ist klar, dass sich die Anordnung der Einspannmerkmale in Zusammenhang
mit den inneren und äußeren Wänden umkehren
lässt,
und dass das die auf einer Nase und Aussparung basierende Anordnung
andere geeignete Formen aufweisen kann, die sich eignen, um die
Funktion der gewünschten fluchtenden
Ausrichtung durchzuführen.
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Die
Erfindung wurde zwar anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, von dem gegenwärtig
angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt; es
ist allerdings selbstverständlich,
dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt
sein soll, sondern vielmehr vielfältige Abwandlungen und äquivalente
Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
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Eine
Leitapparatlaufschaufel 90 ist geschaffen, die radial innere
und äußere Wände 88, 95 mit einem
sich dazwischen erstreckenden Schaufelblattabschnitt aufweist; wobei
die inneren und äußeren Wände auf
entsprechenden entgegengesetzt gegenüberliegenden Flächen mit
Ausrichtungsmerkmalen 86, 92 und 93 ausgebildet
sind, die mit einer durch die Leitapparatlaufschaufel verlaufenden
zentralen Längsachse
fluchtend ausgerichtet sind.
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- 10
- Leitapparatanordnung
- 12
- Strömungsflächen oder
Laufschaufeln
- 14,
16
- Inneres
und äußeres Band
- 18,
20
- Innerer
und äußerer Ring
- 22
- Schaufeln
- 24
- Laufrad
- 26,
28, 30, 32
- Schweißnaht
- 40
- Einzelschaufel-Subanordnungen
- 42
- Strömungsfläche oder
Laufschaufel
- 44,
46
- Innere
und äußere Seitenwände
- 48,
54
- Ausnehmung
- 50,
52, 56, 58
- Hervorstehende
Schultern oder Flansche
- 60,
62
- Äußere Ringe
- 70
- Rippe
oder Schiene
- 72
- Rippe
- 74,
76
- Ebene
Flächen
- 78
- Löcher
- 80
- Spannvorrichtung
- 82
- Montagevorrichtung
- 83
- Wandabschnitt
- 84
- Spalt
- 86
- Obere
Schiene oder Kamm
- 88
- Innere
Seitenwand
- 90
- Einzelleitschaufelblatt
- 92
- Ausnehmung
- 93
- Kerbe
- 94
- Nase
- 95
- Äußere Seitenwand
- 96
- Stützspindel
- 96,
98
- Leitapparate
- 100,
102
- Schienen
- 104,
106
- Seitenwände
- 108,
110
- Schaufeln
- 112
- Seitenwandrand
- 114,
118
- Aussparung
- 116
- Seitenwandrand