DE10161292A1

DE10161292A1 - Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine

Info

Publication number: DE10161292A1
Application number: DE10161292A
Authority: DE
Inventors: Wolf Norbert
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US6790000B2; US20030113204A1; EP1319844A1; DE50214035D1; EP1319844B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen 1 von verstellbaren Statorschaufeln 2 im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, mit einem vorderen 3 und einem hinteren 4 ringförmigen Grundkörper, der jeweils zur Ausbildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts einen axial offenen Ringraum 5 aufweist, sowie eine Vielzahl von axialen Montagebohrungen 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich des Ringraums 5 ein ringförmiger Abdeckkörper 7 angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen 8 versehen ist, und dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung 8 des Abdeckkörpers 7 und der zugeordneten Montagebohrung 5 des Grundkörpers 3, 4 ein rohrartiges Stützelement 9 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, und dabei insbesondere auf einen Lagerring nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung einen Lagerring (Shroud), wie er insbesondere bei Hochdruckverdichtern moderner Turbofan-Triebwerke zur inneren Lagerung der verstellbaren Stätorschaufeln im Bereich der Hochdruckverdichter eingesetzt wird.

Derartige Lagerringe oder Shrouds werden üblicherweise aus Aluminium, aus Stahllegierungen oder aus Titan gefertigt. Eine Konstruktion dieser Art zeigt beispielsweise die US 5,062,767 A.

Die Lagerringe (Shrouds) sind üblicherweise zweiteilig ausgebaut, so dass ein vorderer und ein hinterer Grundkörper vorhanden sind. Diese Grundkörper sind jeweils ringförmig. Zur Gewichtsreduzierung ist ein axialer Ringraum ausgebildet, der beispielsweise ausgedreht wird. Um Luftverwirbelungen, Vibrationen und Geräuschentwicklungen zu mindern, wird der Ringraum im Stand der Technik mit einer Gummifüllung versehen. Diese wird mittels eines Vulkanisiervorganges eingebracht.

Derartige Gummifüllungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen ist der Herstellvorgang sehr aufwendig, da er einen manuell durchzuführenden Spezialprozess benötigt, der zeitintensiv und damit teuer ist. Dieser Spezialprozess umfasst üblicherweise mehrere Arbeitsschritte, insbesondere das Reinigen, Grundieren, Befüllen, Wärmebehandeln sowie das Abtrennen überschüssigen Gummimaterials und eine anschließende nochmalige Reinigung des Grundkörpers des Lagerrings. Durch mangelnde Haftung des Gummimaterials oder durch Blasenbildung können sich Qualitätsprobleme ergeben. Während des Betriebs erweist sich die Gummifüllung als störungsanfällig, da sie altert und da es zu Rissen an den Verbindungsstellen kommen kann. Zudem ergibt sich ein relativ hohes Gewicht der Gummifüllung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lagerring der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere ein geringes Gewicht aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass im Öffnungsbereich des Ringraum ein ringförmiger Abdeckkörper angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen versehen ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung des Abdeckkörpers und der zugeordneten Montagebohrung des Grundkörpers ein rohrartiges Stützelement angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Lagerring zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Erfindungsgemäß wird somit an Stelle der mit den oben genannten Nachteilen behafteten Gummifüllung ein ringförmiger Abdeckkörper eingesetzt. Es ergibt sich somit eine sehr ähnliche oder identische Außengeometrie des Grundkörpers, verglichen mit einem mit Gummi gefüllten Grundkörper. Die akustischen Eigenschaften sowie die Strömungsverhältnisse, die zu Luftverwirbelungen oder Vibrationen führen können, sind somit in sehr günstiger Weise ausgeführt und erzielen zumindest die Werte der aus dem Stand der Technik bekannten Lagerringe.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass diese einfach und schnell herstellbar ist. Die aufwendigen Arbeitsgänge, die zum Einbringen einer Gummifüllung erforderlich sind, können somit gänzlich entfallen. Hierdurch ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber dem Stand der Technik.

Ein weiterer, wesentlicher Vorteil liegt darin, dass keine alterungsanfälligen Werkstoffe, wie etwa Gummi, zur Anwendung gelangen. Hierdurch erhöht sich die Zuverlässigkeit ebenso wie die Lebensdauer.

Ein weiterer Vorteil liegt in der zu erzielenden Gewichtsreduzierung, da weitaus weniger Werkstoff benötigt wird als bei einer Füllung mit Gummi oder sonstigen Füllmaterialien.

Da der erfindungsgemäße Abdeckkörper zur Abdeckung in den Mündungsbereich des Ringraums eingesetzt wird, sind keine sonstigen konstruktiven Änderungen an dem Grundkörper erforderlich. Es ist somit möglich, vorhandene Grundkörper nach Entfernen der Gummifüllung entsprechend umzurüsten.

Vorteilhaft ist es auch, dass der Abdeckkörper jederzeit leicht entfernt und wieder eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Wartungsmaßnahmen oder sonstigen Arbeiten.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abdeckkörper im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist. Dieser kann in einfacher Weise beispielsweise aus einem metallischen Blech gefertigt werden, beispielsweise aus Aluminium oder Titan. Besonders günstig ist es auch, wenn der Abdeckkörper zumindest an seinen Rändern profiliert ausgebildet ist. Eine Umbördelung oder ein Rand kann somit zu einer besonders vorteilhaften Klemmung oder zu einem Presssitz führen, so dass der Abdeckkörper betriebssicher in den Ringraum einsetzbar ist.

Zur Verhinderung von Vibrationen oder Ähnlichem können auch zusätzliche Versteifungsmaßnahmen, wie etwa Sicken oder Ähnliches verwendet werden.

Das Stützelement ist bevorzugterweise napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet. Es kann ebenso wie der Abdeckkörper aus einem metallischen Blech, durch Rollen oder Tiefziehen oder mittels eines ähnlichen Umformvorganges hergestellt werden. Besonders günstig ist es, wenn der freie Randbereich des Stützelements zur Halterung des Abdeckkörpers profiliert ist, beispielsweise umgebogen oder gebördelt. Das Stützelement verankert somit den Abdeckkörper und spannt diesen gegen den Grundkörper vor, so dass sich eine sichere Befestigung ergibt. Die Vorspannung erfolgt mittels Verbindungsschrauben, die auch zum Verspannen der beiden Grundkörper des Lagerrings dienen. Die Dimensionierung der Stützkörper ist bevorzugterweise so gewählt, dass diese geringfügig kürzer sind als die Tiefe des Ringraums des Grundkörpers. Das Spaltmaß kann beispielsweise 0,5 mm betragen. Durch die Verschraubung erfolgt somit eine Vorspannung des Abdeckkörpers.

Der Abdeckkörper und die Stützelemente können einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. An Stelle der beschriebenen Herstellung aus metallischen Werkstoffen ist es auch möglich, den Abdeckkörper und/oder die Stützelemente aus Kunststoff oder ähnlichem Material herzustellen, beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Gasturbine,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Lagerrings nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine vergrößerte Teil-Darstellung analog Fig. 2 eines aus dem Stand der Technik bekannten Lagerrings,

Fig. 4 eine Teil-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagerrings,

Fig. 5 eine vereinfachte perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Abdeckkörpers mit Stützelementen,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung, analog Fig. 5, des erfindungsgemäßen Abdeckkörpers, und

Fig. 7 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Stützelements.

Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Weise einen Teilbereich einer aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbine. Der Bereich A kennzeichnet die Positionierung eines Lagerrings zur Lagerung von Statorschaufeln 2. Auf die weitere Beschreibung der schematisch angedeuteten Bauelemente kann verzichtet werden, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.

In Fig. 2 ist in perspektivischer Explosionsdarstellung ein aus dem Stand der Technik bekannter Lagerring gezeigt, der einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4 umfasst. Die beiden Grundkörper 3, 4 sind stirnseitig jeweils ausgedreht und mit einer Gummifüllung 12 in dem hierbei gebildeten Ringraum 5 versehen. In den beiden Grundkörpern 1, 2 sind jeweils hälftig Ausnehmungen 14 eingebracht, die (siehe Fig. 3) zur Lagerung von Buchsen 13 dienen, welche wiederum einen Schaufelfuß 1 der jeweiligen Statorschaufel 2 lagern. Die Statorschaufeln 2 sind in bekannter Weise drehbar, um deren Anstellwinkel ändern zu können. Hierdurch ist die Leistung des Verdichters oder Kompressors an die Betriebsbedingungen anpassbar.

Eine Verschraubung der beiden Grundkörper 3, 4 erfolgt mittels einer Vielzahl von Schrauben 15 und Muttern 16. Hierzu sind entsprechende Montagebohrungen 6 in den Grundkörpern 3, 4 vorgesehen.

Die Fig. 4 zeigt in vereinfachter Schnittansicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagerrings. Dieser umfasst, wie bereits beschrieben, einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4. Diese sind jeweils mit den genannten Montagebohrungen 6 versehen. Die Fig. 4 zeigt weiterhin die beiden im Wesentlichen U-förmigen Ringräume 5, die axial jeweils offen sind.

In Fig. 4 ist ein im Wesentlichen flacher, ringförmiger Abdeckkörper 7 dargestellt (siehe auch Fig. 5 und 6), welcher mit einer entsprechenden Anzahl an Montageausnehmungen 8 versehen ist, die zu den Montagebohrungen 6 fluchten, um die Schrauben 15 durchführen zu können.

In die Montageausnehmungen 8 ist jeweils ein hütchenförmiges oder napfförmiges Stützelement 9 eingesetzt, welches, wie auch aus Fig. 7 ersichtlich ist, mit einer zentrischen Ausnehmung 17 versehen ist, um die Schraube 15 durchführen zu können.

Die Fig. 4 zeigt weiterhin, dass ein Rand 10 des Abdeckkörpers 7 profiliert oder umgebogen ist, um einen dichten festen Sitz in dem Ringraum 5 zu gewährleisten. In ähnlicher Weise ist ein Randbereich 11 des Stützelements 9 umgebogen oder profiliert, um den Abdeckkörper 7 zu halten und vorzuspannen. Zu diesem Zweck ist die Länge des Stützelements 9 geringfügig kleiner als die verfügbare Tiefe im Ringraum 5, so dass sich bei Anziehen der Schraube 15 eine entsprechende Verspannung des Abdeckkörpers 7 ergibt.

Die Fig. 6 zeigt in perspektivischer Teilansicht den ringförmigen Abdeckkörper 7, während bei der Darstellung der Fig. 5 in schematischer Weise die einzelnen Stützelemente 9 zusätzlich zu dem Abdeckkörper 7 gezeigt sind.

Es versteht sich, dass bei der Darstellung der Fig. 4 auch in der linken Hälfte der Darstellung ein entsprechender Abdeckkörper 7 in den vorderen Grundkörper 3 mit Hilfe entsprechender Stützelemente 9 einsetzbar ist. Auf eine zeichnerische Darstellung wurde aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung verzichtet.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigt Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Bezugszeichenliste 1 Schaufelfuß
2 Statorschaufel
3 Vorderer Grundkörper
4 Hinterer Grundkörper
5 Ringraum
6 Montagebohrung
7 Abdeckkörper
8 Montageausnehmung
9 Stützelement
10 Rand
11 Randbereich
12 Gummifüllung
13 Buchse
14 Ausnehmung
15 Schraube
16 Mutter
17 Ausnehmung

Claims

1. Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen (1) von verstellbaren Statorschaufeln (2) im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, mit einem vorderen (3) und einem hinteren (4) ringförmigen Grundkörper, der jeweils zur Ausbildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts einen axial offenen Ringraum (5) aufweist, sowie eine Vielzahl von axialen Montagebohrungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich des Ringraums (5) ein ringförmiger Abdeckkörper (7) angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen (8) versehen ist, und dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung (8) des Abdeckkörpers (7) und der zugeordneten Montagebohrung (5) des Grundkörpers (3, 4) ein rohrartiges Stützelement (9) angeordnet ist.

2. Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist.

3. Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) aus einem metallischen Blech gefertigt ist.

4. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) zumindest an seinen Rändern (10) profiliert ausgebildet ist.

5. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet ist.

6. Lagerring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Randbereich des Stützelements (9) zur Halterung des Abdeckkörpers (7) profiliert ist.

7. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) als separate Bauteile ausgebildet sind.

8. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper und das Stützelement (9) einstückig ausgebildet sind.

9. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) eine geringere Höhe aufweist, als die Tiefe des Ringraums (5).

10. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (9) und das Stützelement (10) aus Metall gefertigt sind.

11. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) aus Kunststoff gefertigt sind.