DE102011050961A1

DE102011050961A1 - Turbinenschaufelanordnung

Info

Publication number: DE102011050961A1
Application number: DE102011050961A
Authority: DE
Inventors: Andres Jose Garcia-Crespo; Robert Alan Brittingham
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-03-01
Also published as: JP2012052523A; CH703775A2; CN102383864A; US20120051924A1

Abstract

Eine Schaufelanordnung (12) für einen Rotor (14) enthält einen Befestigungsabschnitt (20), der betriebsmäßig mit einem Rotor (14) verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt (18). Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt (18) und den Befestigungsabschnitt (20) hindurch, um den Schaufelblattabschnitt (18) an dem Befestigungsabschnitt (20) zu sichern. Ein Verfahren zur Montage einer Anordnung (10) eines Rotors (14) enthält ein Einführen eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt (20) einer Schaufelanordnung (12) und einen Schaufelblattabschnitt (18) der Schaufelanordnung (12) hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt (18) an dem Befestigungsabschnitt (20) gesichert wird. Die Schaufelanordnung (12) wird anschließend an einem Rotor (14) gesichert.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der Erfindung wurde unter dem Auftrag der Regierung der Vereinigten Staaten Nr. DE-FC26-05NT42643-DOE geschaffen. Die US-Bundesregierung kann bestimmte Rechte an dieser Erfindung haben.
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbomaschinen. Insbesondere betrifft der Offenbarungsgegenstand Turbinenschaufelanordnungen für Turbomaschinen.
Turbinenanordnungen enthalten eine Anzahl von Laufschaufeln, die an einem Rotor gesichert sind. In einigen Turbinen ist es erwünscht, dass die Schaufel einen Schaufelblattabschnitt und einen Plattformabschnitt enthält, in den der Schaufelblattabschnitt eingeführt wird, um häufig dem Schaufelblattabschnitt und dem Plattformabschnitt zu ermöglichen, aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet zu sein. Die kombinierte Schaufelblatt/Plattform-Schaufelanordnung wird über z. B. eine herkömmliche Schwalbenschwanzbefestigung an dem Rotor gesichert.
Schaufelanordnungen, bei denen der Schaufelblattabschnitt und der Plattformabschnitt aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften bestehen, rufen thermische Anpassungsprobleme sowie Probleme in Bezug auf die mechanische Integrität der Anordnung hervor. In derartigen Anordnungen werden die Schaufelblattabschnitte gewöhnlich über Schwalbenschwänze, häufig in einer Axialrichtung an den Plattformabschnitten gesichert. Dies bringt durch die Turbomaschine führende Leckagepfade ein, für die zusätzliche Dichtungsstrukturen eingeführt werden müssen, um die Leckage zu kontrollieren. An sich steigt die Teileanzahl, und folglich steigen die Kosten der Turbomaschine. Die Technik würde gerne eine Turbinenschaufelanordnung begrüßen, die kosteneffektiv ist und eine Leckage durch die Turbomaschine nicht stark negativ beeinflusst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Schaufelanordnung für einen Rotor einen Befestigungsabschnitt, der mit einem Rotor funktionsmäßig verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt. Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt und den Befestigungsabschnitt hindurch, um den Schaufelblattabschnitt an dem Befestigungsabschnitt zu sichern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Verfahren zur Montage einer Rotoranordnung ein Einführen wenigstens eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt einer Schaufelanordnung und einen Schaufelblattabschnitt der Schaufelanordnung hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt an dem Befestigungsabschnitt gesichert wird. Die Schaufelanordnung wird anschließend an einem Rotor gesichert.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und klar und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine ebene Ausschnittsansicht einer Ausführungsform einer Rotoranordnung;
2 eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer Schaufelanordnung für eine Rotoranordnung; und
3 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Schaufelanordnung für eine Rotoranordnung.
Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit ihren Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist eine Ausführungsform einer Rotoranordnung 10 für z. B. eine Turbine einer Turbomaschine veranschaulicht. Die Rotoranordnung 10 enthält mehrere Schaufelanordnungen 12, die an einem Rotor 14 an einem Umfang des Rotors 14 z. B. über mehrere Schwalbenschwanzbefestigungen 16 gesichert sind.
Bezugnehmend auf die Explosionsansicht nach 2 enthält eine Schaufelanordnung 12 einen tragflächenprofilförmigen Abschnitt bzw. Schaufelblattabschnitt 18 und einen Befestigungsabschnitt 20. Der Schaufelblattabschnitt 18 enthält ein Schaufelblatt 22 und in einigen Ausführungsformen eine Plattform 24, die einen ringförmigen Strömungspfad des Rotors 14 definiert. Der Schaufelblattabschnitt 18 kann aus vielfältigen Materialien erzeugt sein, die für die Hochtemperaturumgebung, in der viele Rotoren 14 arbeiten, gut geeignet sind. Z. B. kann der Schaufelblattabschnitt 18 aus einem Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix (CMC) oder aus einer Einkristalllegierung ausgebildet sein. Der Befestigungsabschnitt 20 ist von dem Schaufelblattabschnitt 18 gesondert hergestellt und kann aus einem Material ausgebildet sein, das sich von demjenigen unterscheidet, das in dem Schaufelblattabschnitt 18 verwendet wird. Da die Umgebung des Befestigungsabschnitts 20 nicht derart hohe Temperatur wie diejenige des Schaufelblattabschnitts 18 aufweist, können kostengünstigere metallische Materialien, wie beispielsweise Nickellegierungen, verwendet werden. Der Befestigungsabschnitt 20 enthält eine Befestigungseinrichtung, um die Schaufelanordnung an dem Rotor 14 zu sichern, die in einigen Ausführungsformen durch den Schwalbenschwanz 16 gebildet ist.
Der Befestigungsabschnitt 20 enthält einen Stegabschnitt 26, der sich in einigen Ausführungsformen in einer im Wesentlichen axialen Richtung entlang des Befestigungsabschnitts 20 erstreckt. Der Stegabschnitt 26 enthält eine Tasche 28, in die ein Vorsprung 30 des Schaufelblattabschnitts 18 eingeführt wird. Die Tasche 28 enthält eine oder mehrere Taschenlöcher 32, die durch wenigstens eine Wand der Tasche 28 hindurchführen. Wie in 2 veranschaulicht, erstreckt sich das Taschenloch 32 in einigen Ausführungsformen durch eine sich axial erstreckende Seitenwand 34 der Tasche 28 hindurch. Obwohl die Ausführungsform nach 2 ein einziges Taschenloch 32 enthält, ist es zu verstehen, dass zwei oder mehrere Taschenlöcher 32 enthalten sein können. Der Vorsprung 30 enthält wenigstens ein Vorsprungsloch 36, das sich durch diesen hindurch erstreckt und mit dem einen oder den mehreren Taschenlöchern 32 im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet ist. Während das Vorsprungsloch 36 und das Taschenloch 32, wie sie in 2 veranschaulicht sind, rund sind, ist es zu verstehen, dass das Vorsprungsloch 36 und/oder das Taschenloch 32 andere Formen, z. B. eine ovale oder winkelige Gestalt, aufweisen kann/können.
Es sind ein oder mehrere Haltemittel, z. B. Schaufelzapfen 38, enthalten, um den Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 zu sichern. Jeder Schaufelzapfen 38 erstreckt sich in tangentialer Richtung durch das Taschenloch 32 hindurch und wenigstens teilweise durch das Vorsprungsloch 36. Indem nun auf 3 Bezug genommen wird, erstreckt sich der Schaufelzapfen 38 durch das Taschenloch 32 an einer ersten Seitenwand 34 der Tasche 28 und durch das Vorsprungsloch 36 hindurch. In dieser Ausführungsform ist eine zweite Seitenwand 34 der Tasche ohne ein Taschenloch 32 ausgebildet, so dass eine Spitze 40 des Schaufelzapfens 38 nicht vollständig durch die Tasche 28 hindurchfährt. Um zu verhindern, dass der Schaufelzapfen 38 versehentlich entfernt wird, wenn die angrenzende Schaufelanordnung 12 in dem Rotor 14 eingebaut ist, kann die Seitenwand 34 der angrenzenden Schaufelanordnung 12 im Wesentlichen an einem Kopf 42 des Schaufelzapfens 38 anliegen, um den Schaufelzapfen 38 in der Schaufelanordnung 12 zu halten. In anderen Ausführungsformen kann der Schaufelzapfen über einen Prozess, wie beispielsweise Schweißen, oder andere Sicherungsmittel in der Schaufelanordnung 12 gehalten werden. Ferner kann der Schaufelzapfen 38 über eine Presspassung an der Schaufelanordnung 12 montiert werden. Selbst wenn in der veranschaulichten Ausführungsform nach 3 ein Schaufelzapfen 38 verwendet wird, ist es zu verstehen, dass andere Mittel zur Sicherung des Schaufelblattabschnitts 18 an dem Befestigungsabschnitt 20, einschließlich mechanischer Befestigungsmittel mit Gewinden, Keile, Schweißungen und/oder Klebstoffe, verwendet werden können.
Erneut bezugnehmend auf 2 enthält die Schaufelanordnung 12 in einigen Ausführungsformen eine Buchse 44, die vor dem Einbau des Schaufelzapfens 38 in die Taschenlöcher 32 und die Vorsprungslöcher 36 eingebaut wird. Die Verwendung der Buchse 44 reduziert Hertzsche Pressungen an der Schaufelanordnung 12 in dem Bereich des Schaufelzapfens 38. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht, ist zwischen dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 ein Zwischeneinsatz 46 angeordnet, der z. B. ein relativ weiches Material aufweist. Der Einsatz 46 wird verwendet, um Spannungen und Verschleiß an dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 an den Verbindungsstellen zwischen dem Vorsprung 30 und der Tasche 28 zu reduzieren.
Während die Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifikationen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Außerdem ist es zu verstehen, dass, während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Eine Schaufelanordnung 12 für einen Rotor 14 enthält einen Befestigungsabschnitt 20, der betriebsmäßig mit einem Rotor 14 verbindbar ist, und einen Schaufelblattabschnitt 18. Wenigstens ein Haltemittel erstreckt sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt 18 und den Befestigungsabschnitt 20 hindurch, um den Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 zu sichern. Ein Verfahren zur Montage einer Anordnung 10 eines Rotors 14 enthält ein Einführen eines Haltemittels in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch einen Befestigungsabschnitt 20 einer Schaufelanordnung 12 und einen Schaufelblattabschnitt 18 der Schaufelanordnung 12 hindurch, wodurch der Schaufelblattabschnitt 18 an dem Befestigungsabschnitt 20 gesichert wird. Die Schaufelanordnung 12 wird anschließend an einem Rotor 14 gesichert.
Bezugszeichenliste

10: Rotoranordnung
12: Schaufelanordnung
14: Rotor
16: Schwalbenschwanzbefestigung
18: Schaufelblattabschnitt
20: Befestigungsabschnitt
22: Schaufelblatt
24: Plattform
26: Stegabschnitt
28: Tasche
30: Vorsprung
32: Löcher
34: Seitenwand
36: Vorsprungsloch
38: Schaufelzapfen
40: Spitze
42: Kopf
44: Buchse
46: Zwischeneinsatz

Claims

Schaufelanordnung (12) für einen Rotor (14), die aufweist: einen Befestigungsabschnitt (20), der mit einem Rotor (14) funktionsmäßig verbindbar ist; einen Schaufelblattabschnitt (18); und wenigstens ein Haltemittel, das sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung wenigstens teilweise durch den Schaufelblattabschnitt (18) und den Befestigungsabschnitt (20) erstreckt, um den Schaufelblattabschnitt (18) an dem Befestigungsabschnitt (20) zu sichern.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Haltemittel wenigstens ein Zapfen ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Zapfen durch Schweißen in der Schaufelanordnung (12) gesichert ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, wobei der Befestigungsabschnitt (20) eine Tasche aufweist, in der der Schaufelblattabschnitt (18) eingesetzt ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 4, wobei die Tasche wenigstens ein Taschenloch enthält, in der das wenigstens eine Haltemittel eingefügt ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 5, wobei das wenigstens eine Taschenloch an einer tangentialen Fläche der Tasche angeordnet ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, die ferner eine Buchse aufweist, die zwischen dem Haltemittel und dem Schaufelblattabschnitt (18) angeordnet ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, die ferner einen Zwischeneinsatz aufweist, der zwischen dem Schaufelblattabschnitt (18) und dem Befestigungsabschnitt (20) angeordnet ist.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, wobei der Schaufelblattabschnitt (18) und der Befestigungsabschnitt (20) aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.
Schaufelanordnung (12) nach Anspruch 1, wobei der Schaufelblattabschnitt (18) aus einem Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix und/oder einer Einkristalllegierung ausgebildet ist.