DE102016203567A1

DE102016203567A1 - Strömungsmaschine mit mehreren Leitschaufelstufen und Verfahren zur teilweisen Demontage einer solchen Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE102016203567A1
Application number: DE102016203567.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bärow; Oliver Dominka; Guido Ederer; Christian Felsmann; Florian Fuchs; Robert Herfurth; Jose Angel Hernandez Maza; Michael Kluck; Eike Kohlhoff; Kay Krabiell; Khaled MAIZ; Behnam Nouri; Andre Willmann
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Also published as: RU2709899C1; US10844747B2; EP3390784A1; US20190055856A1; EP3390784B1; WO2017148695A1; SA518392323B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (1) mit wenigstens einem ringförmig ausgebildeten Leitschaufelträger (2), der zumindest aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, und wenigstens drei am Innenumfang des zumindest einen Leitschaufelträgers (2) gehaltenen Leitschaufelstufen (4a–d), die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Leitschaufeln (5) aufweisen, deren Leitschaufelblätter (6) sich zwischen ringförmig angeordneten Fußplatten (7) und ringförmig angeordneten Kopfplatten (8) erstrecken, wobei die Fußplatten (7) über erste Haltevorsprünge (9), die jeweils in an dem Leitschaufelträger (2) ausgebildete Ringnuten (10) greifen, an dem Leitschaufelträger (2) gehalten und durch sich durch die Fußplatten (7) und den Leitschaufelträger (2) erstreckende Sicherungselemente (11) gegen eine Bewegung in Umfangsrichtung gesichert sind, und wobei in axialer Richtung zueinander weisende Endbereiche der Fußplatten (7) mit zweiten Haltevorsprüngen (13) versehen sind, die einander überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass von der Außenseite des Leitschaufelträgers (2) unzugängliche Sicherungselemente (11) derart positioniert sind, dass sie nach dem Entfernen des Oberteils des Leitschaufelträgers (2) über zwischen den Fußplatten (7) und dem Leitschaufelträger (2) vorhandene Zwischenräume (14) zugänglich sind und entfernt werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit wenigstens einem ringförmig ausgebildeten Leitschaufelträger, der zumindest aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, und wenigstens drei am Innenumfang des zumindest einen Leitschaufelträgers gehaltenen Leitschaufelstufen, die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Leitschaufeln aufweisen, deren Leitschaufelblätter sich zwischen ringförmig angeordneten Fußplatten und ringförmig angeordneten Kopfplatten erstrecken, wobei die Fußplatten über erste Haltevorsprünge, die jeweils in an dem Leitschaufelträger ausgebildete Ringnuten greifen, an dem Leitschaufelträger gehalten und durch sich durch die Fußplatten und den Leitschaufelträger erstreckende Sicherungselemente gegen eine Bewegung in Umfangsrichtung gesichert sind, und wobei in axialer Richtung zueinander weisende Endbereiche der Fußplatten mit zweiten Haltevorsprüngen versehen sind, die einander überlappen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur teilweisen Demontage einer Strömungsmaschine, wobei die Strömungsmaschine wenigstens einen Leitschaufelträger, der zumindest aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, und wenigstens drei am Innenumfang des Leitschaufelträgers gehaltene, ringförmig ausgebildete Leitschaufelstufen aufweist, die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind, insbesondere einer erfindungsgemäßen Strömungsmaschine, bei dem das Oberteil des Leitschaufelträgers entfernt und Leitschaufeln einer einzelnen Leitschaufelstufe von dem Leitschaufelträger demontiert werden.
Strömungsmaschinen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Die 1 und 2 zeigen beispielhaft den Aufbau eines Teilbereiches einer Strömungsmaschine 1 der Siemens AG mit einem ringförmig ausgebildeten Leitschaufelträger 2, der mittig in ein Oberteil und ein Unterteil unterteilt ist, wobei in 1 ein Schnitt durch das Unterteil 3 bei bereits demontiertem Läufer dargestellt ist. Am Innenumfang des Leitschaufelträgers 2 sind vorliegend insgesamt vier Leitschaufelstufen 4a bis 4d gehalten, die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind. Dabei bildet die Leitschaufelstufe 4a ganz links in 1 die erste Stufe und die Leitschaufelstufe 4d ganz rechts in 1 die vierte Stufe. Jede Leitschaufelstufe 4a bis 4d weist jeweils eine Vielzahl von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Leitschaufeln 5 auf, deren Leitschaufelblätter 6 sich zwischen ringförmig angeordneten Fußplatten 7 und ringförmig angeordneten Kopfplatten 8 erstrecken. Die Fußplatten 7 weisen jeweils klammerartig ausgebildete, vorliegend in axialer Richtung vorstehende erste Haltevorsprünge 9 auf, die in an dem Leitschaufelträger 2 ausgebildete Ringnuten 10 greifen. Genauer gesagt sind die Fußplatten 7 der Leitschaufeln 5 der ersten drei Leitschaufelstufen 4a, 4b und 4c jeweils einseitig mit ersten Haltevorsprüngen 9 versehen, über die eine einseitige Abstützung der Fußplatten 7 am Leitschaufelträger 2 erfolgt. An den Fußplatten 7 der Leitschaufeln 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d sind hingegen beidseitig erste Haltevorsprünge 9 ausgebildet, so dass sich diese Fußplatten 7 beidseitig am Leitschaufelträger abstützen bzw. an diesem fixiert sind. Um eine Bewegung der Fußplatten 7 relativ zum Leitschaufelträger 2 in Umfangsrichtung zu verhindern, sind ferner Sicherungselemente 11 in Form von Sicherungsstiften vorgesehen, die in Bohrungen 12 angeordnet sind, die sich radial sowohl durch einen ersten Haltevorsprung 9 als auch durch den Leitschaufelträger 2 erstrecken. Die zueinander weisenden axialen Endbereiche der Fußplatten der Leitschaufeln benachbarter Leitschaufelstufen sind jeweils mit axial vorstehenden zweiten Haltevorsprüngen versehen, die einander derart überlappen, dass sich die Fußplatten 7 der ersten Leitschaufelstufe 4a an denen der zweiten Leitschaufelstufe 4b, die Fußplatten 7 der zweiten Leitschaufelstufe 4b an denen der dritten Leitschaufelstufe 4c und die Fußplatten 7 der dritten Leitschaufelstufe 4c an denen der vierten Leitschaufelstufe 4d abstützen. Entsprechend sind die Fußplatten 7 der Leitschaufeln 5 der ersten bis dritten Leitschaufelstufen 4a bis 4c jeweils am Leitschaufelträger 2 einerseits und an zumindest einer Fußplatte 7 einer Leitschaufel 5 einer benachbart angeordneten Leitschaufelstufe andererseits gehalten.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Ausbildung und Anordnung des Leitschaufelträgers 2 und der Leitschaufelstufen 4a bis 4d müssen die Leitschaufelstufen 4a bis 4d bei der Montage der Strömungsmaschine 1 der Reihe nach montiert werden, beginnend mit den Leitschaufeln 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d, die fest mit dem Leitschaufelträger 2 verbunden werden. Erst nach vollständiger Montage der vierten Leitschaufelstufe 4d kann mit dem Einbau der Leitschaufeln 5 der dritten Leitschaufelstufe 4c begonnen werden, woraufhin sich dann die Montage der Leitschaufeln der zweiten Leitschaufelstufe 4b und dann der ersten Leitschaufelstufe 4a anschließen kann. Bei der Demontage der Strömungsmaschine 1 müssen die Leitschaufelstufen 4a bis 4d in umgekehrter Reihenfolge nacheinander ausgebaut werden, beginnend mit den Leitschaufeln 5 der ersten Leitschaufelstufe 4a. Sollen im Rahmen von Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten beispielsweise nur Leitschaufeln 5 der Leitschaufelstufen 4b, 4c und/oder 4d überholt werden, geht dies mit einem sehr hohen Aufwand einher, da zumindest auch die Leitschaufeln 5 der ersten Leitschaufelstufe 4a ausgebaut werden müssen, obwohl diese gar nicht Gegenstand der Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungsmaschine mit alternativem Aufbau sowie ein verbessertes Verfahren zur teilweisen Demontage einer solchen Strömungsmaschine zu schaffen, das sich einfacher, schneller und kostengünstiger durchführen lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass von der Außenseite des Leitschaufelträgers unzugängliche Sicherungselemente derart positioniert sind, dass sie nach dem Entfernen des Oberteils des Leitschaufelträgers über zwischen den Fußplatten und dem Leitschaufelträger vorhandene Zwischenräume zugänglich sind und entfernt werden können. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass bezüglich der Montage und/oder Demontage der Leitschaufeln der einzelnen Leitschaufelstufen keine besondere Reihenfolge einzuhalten ist, da die Sicherungselemente stets frei zugänglich sind, wodurch insbesondere Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten vereinfacht, verkürzt und bei geringem Kostenaufwand durchgeführt werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Sicherungselemente, insbesondere sämtliche Sicherungselemente, durch Sicherungsstifte gebildet, die jeweils einerseits in einer an einer Fußplatte ausgebildeten Ausnehmung und andererseits in einer an dem Leitschaufelträger ausgebildeten Ausnehmung aufgenommen sind, wobei bevorzugt zumindest eine der Ausnehmungen durch eine zylindrische Bohrung gebildet ist. Auf diese Weise wird ein sehr einfacher Aufbau erzielt.
Bevorzugt ist die axiale Komponente eines Richtungsvektors der Haupterstreckungsrichtung jedes Sicherungselementes innerhalb einer Ebene, die sich radial durch das Sicherungselement erstreckt, größer als die radiale Komponente. Auf diese Weise wird eine besonders gute Zugänglichkeit der Sicherungselemente gewährleistet, so dass sich diese einfach ein- und ausbauen lassen.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Verfahren zur teilweisen Demontage einer Strömungsmaschine der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelne Leitschaufelstufe, deren Leitschaufeln demontiert werden, frei wählbar ist. Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem eingangs beschriebenen Stand der Technik dadurch aus, dass bei der Demontage von Leitschaufeln bezogen auf die Leitschaufelstufen keine bestimmte Reihenfolge einzuhalten ist. Entsprechend lassen sich Wartungs- und Reparaturarbeiten an einzelnen Leitschaufeln bzw. Leitschaufelstufen wesentlich vereinfachen und verkürzen, was mit großen Kosteneinsparungen einhergehen kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der einzelnen Leitschaufelstufe, deren Leitschaufeln demontiert werden, um eine Leitschaufelstufe, die zwischen den äußersten Leitschaufelstufen angeordnet ist.
Bevorzugt wird vor der Demontage der Leitschaufelstufe eine Stützeinrichtung montiert, die zumindest eine der benachbart angeordneten Leitschaufelstufen während der Durchführung des Verfahrens in Position hält. Entsprechend wird verhindert, dass sich die Position dieser benachbart angeordneten Leitschaufelstufe während der Demontage der auszubauenden Leitschaufelstufe verändern kann, was sowohl die Demontage als auch die erneute Montage erleichtert.
Bevorzugt wird die Stützeinrichtung mit der zumindest einen benachbart angeordneten Leitschaufelstufe, die in Position gehalten werden soll, verschraubt oder verstiftet, insbesondere mit zumindest einer Kopfplatte einer ihrer Leitschaufeln, um eine sichere Positionierung zu gewährleisten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Strömungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
1 eine schematische Querschnittansicht eines Teilbereiches einer bekannten Strömungsmaschine bei abgenommenem Oberteil eines Leitschaufelträgers;
2 eine vergrößerte Ansicht des in 1 mit der Bezugsziffer II gekennzeichneten Ausschnitts, die eine bekannte Anordnung eines Sicherungselementes zeigt;
3 eine schematische Querschnittansicht eines Teilbereiches einer Strömungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei abgenommenem Oberteil eines Leitschaufelträgers;
4 eine vergrößerte Ansicht des in 3 mit der Bezugsziffer IV gekennzeichneten Ausschnitts, die eine Anordnung eines Sicherungselementes zeigt, und
5 eine schematische Querschnittansicht der in 3 dargestellten Strömungsmaschine, an der eine Stützeinrichtung befestigt ist.
3 zeigt eine Schnittansicht eines Teilbereiches einer Strömungsmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei abgenommenem Oberteil eines Leitschaufelträgers 2 und bereits demontiertem Läufer. Der Aufbau der in 3 dargestellten Strömungsmaschine 1 entspricht zu großen Teilen demjenigen der in 1 dargestellten und zuvor bereits beschriebenen Strömungsmaschine 1, weshalb gleiche oder gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und nachfolgend nicht erneut beschrieben werden.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den in den 1 und 3 dargestellten Strömungsmaschinen 1 besteht darin, dass die Sicherungselemente 11 bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Strömungsmaschine 1 derart positioniert sind, dass sie nach dem Entfernen des Oberteils des Leitschaufelträgers 2 über zwischen den Fußplatten 7 und dem Leitschaufelträger 2 vorhandene Zwischenräume 14 problemlos zugänglich sind und entsprechend einfach demontiert und wieder montiert werden können. Genauer gesagt sind die Sicherungselemente 11, die vorliegend durch Sicherungsstifte gebildet werden, bei der dargestellten Ausführungsform jeweils einerseits in einer an einer Fußplatte 7 und andererseits in einer an dem Leitschaufelträger 2 ausgebildeten Ausnehmung 15 aufgenommen, die vorliegend als miteinander fluchtende Bohrungen ausgebildet sind. Diese Bohrungen sind, wie es insbesondere in 4 dargestellt ist, derart ausgerichtet, dass die axiale Komponente a eines Richtungsvektors 16 der Haupterstreckungsrichtung jedes Sicherungselementes 11 innerhalb einer Ebene, die sich radial durch das Sicherungselement 11 erstreckt, größer ist als die radiale Komponente r. Dank einer solchen Ausrichtung der Sicherungselemente 11 in im Wesentlichen axialer Richtung können beispielsweise Leitschaufeln 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d demontiert werden, ohne zuvor die vorangehenden Leitschaufelstufen 4a bis 4c ausbauen zu müssen, wie es anhand von 5 schematisch dargestellt ist. Hierzu werden in einem ersten Schritt das Oberteil des Leitschaufelträgers 2 sowie der Läufer entfernt, so dass die im Unterteil 3 vorgesehenen Leitschaufeln 5 freiliegen. In einem weiteren Schritt wird vorteilhaft zumindest an der dritten Leitschaufelstufe 4c, bevorzugt an den ersten drei Leitschaufelstufen 4a bis 4c, eine Stützeinrichtung 17 befestigt, welche die jeweiligen Kopfplatten 8 der Leitschaufeln 5 der ersten drei Leitschaufelstufen 4a bis 4c umgreift, siehe 5. Im vorliegenden Beispiel weist die Stützeinrichtung 17 ringsegmentförmige Stützelemente 18 auf, die radial auswärts von einem Basiselement 19 vorstehen und jeweils die Kopfplatten 8 einer Leitschaufelstufe 4a, 4b bzw. 4c zwischen sich aufnehmen. Die Stützelemente 18 können mechanisch mit den Kopfplatten 8 verbunden bzw. verspannt werden, beispielsweise unter Verwendung entsprechender Schrauben oder Stifte, auch wenn dies nicht zwingend erforderlich ist. In einem weiteren Schritt können die Sicherungselemente 11 einer ganz oben angeordneten Leitschaufel 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d gelöst werden, woraufhin die entsprechende Leitschaufel 5 ausgebaut werden kann. Hierzu werden die beiden ersten Haltevorsprünge 9 der Fußplatte 7 der Leitschaufel 5 in Umfangsrichtung bewegt und auf diese Weise aus dem Eingriff mit der zugehörigen Ringnut 10 gebracht. Die Stützeinrichtung 17 gewährleistet während des Ausbaus der Leitschaufeln 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d, dass die Positionierung der Leitschaufeln 5 der benachbarten Leitschaufelstufe 4c trotz der Tatsache beibehalten wird, dass der Eingriff zwischen den zweiten Haltevorsprüngen 13 gelöst wird. Auf diese Weise wird eine problemlose Demontage und erneute Montage der Leitschaufeln 5 der vierten Leitschaufelstufe 4d gewährleistet.
Es sollte klar sein, dass in analoger Weise auch die Leitschaufeln 5 der anderen Leitschaufelstufen 4a bis 4c einzeln demontiert und wieder montiert werden können, ohne hierzu benachbarte Leitschaufelstufen ausbauen zu müssen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Strömungsmaschine (1) mit wenigstens einem ringförmig ausgebildeten Leitschaufelträger (2), der zumindest aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, und wenigstens drei am Innenumfang des zumindest einen Leitschaufelträgers (2) gehaltenen Leitschaufelstufen (4a–d), die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind und jeweils eine Vielzahl von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Leitschaufeln (5) aufweisen, deren Leitschaufelblätter (6) sich zwischen ringförmig angeordneten Fußplatten (7) und ringförmig angeordneten Kopfplatten (8) erstrecken, wobei die Fußplatten (7) über erste Haltevorsprünge (9), die jeweils in an dem Leitschaufelträger (2) ausgebildete Ringnuten (10) greifen, an dem Leitschaufelträger (2) gehalten und durch sich durch die Fußplatten (7) und den Leitschaufelträger (2) erstreckende Sicherungselemente (11) gegen eine Bewegung in Umfangsrichtung gesichert sind, und wobei in axialer Richtung zueinander weisende Endbereiche der Fußplatten (7) mit zweiten Haltevorsprüngen (13) versehen sind, die einander überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass von der Außenseite des Leitschaufelträgers (2) unzugängliche Sicherungselemente (11) derart positioniert sind, dass sie nach dem Entfernen des Oberteils des Leitschaufelträgers (2) über zwischen den Fußplatten (7) und dem Leitschaufelträger (2) vorhandene Zwischenräume (14) zugänglich sind und entfernt werden können.
Strömungsmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sicherungselemente (11), insbesondere sämtliche Sicherungselemente (11), durch Sicherungsstifte gebildet sind, die einerseits in einer an einer Fußplatte (7) ausgebildeten Ausnehmung (15) und andererseits in einer an dem Leitschaufelträger (2) ausgebildeten Ausnehmung (15) aufgenommen sind, wobei bevorzugt eine der Ausnehmungen (15) durch eine zylindrische Bohrung gebildet ist.
Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Komponente (a) eines Richtungsvektors (16) der Haupterstreckungsrichtung jedes Sicherungselementes (11) innerhalb einer Ebene, die sich radial durch das Sicherungselement (11) erstreckt, größer ist als die radiale Komponente (r).
Verfahren zur teilweisen Demontage einer Strömungsmaschine (1), wobei die Strömungsmaschine (1) wenigstens einen Leitschaufelträger (2), der zumindest aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, und wenigstens drei am Innenumfang des Leitschaufelträgers (2) gehaltene, ringförmig ausgebildete Leitschaufelstufen (4a–d) aufweist, die in Strömungsrichtung axial hintereinander angeordnet sind, insbesondere einer Strömungsmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Oberteil des Leitschaufelträgers (2) entfernt und Leitschaufeln (5) einer einzelnen Leitschaufelstufe von dem Leitschaufelträger (2) demontiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Leitschaufelstufe, deren Leitschaufeln (5) demontiert werden, frei wählbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der einzelnen Leitschaufelstufe, deren Leitschaufeln demontiert werden, um eine Leitschaufelstufe handelt, die zwischen den äußersten Leitschaufelstufen angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Demontage der Leitschaufelstufe eine Stützeinrichtung (17) montiert wird, die zumindest eine der benachbart angeordneten Leitschaufelstufen während der Durchführung des Verfahrens in Position hält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinrichtung (17) mit der zumindest einen benachbart angeordneten Leitschaufelstufe verschraubt oder verstiftet wird.