DE19807247C2 - Strömungsmaschine mit Rotor und Stator - Google Patents

Strömungsmaschine mit Rotor und Stator

Info

Publication number
DE19807247C2
DE19807247C2 DE19807247A DE19807247A DE19807247C2 DE 19807247 C2 DE19807247 C2 DE 19807247C2 DE 19807247 A DE19807247 A DE 19807247A DE 19807247 A DE19807247 A DE 19807247A DE 19807247 C2 DE19807247 C2 DE 19807247C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
guide vane
vane ring
housing
shroud
reinforcement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19807247A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19807247A1 (de
Inventor
Hermann Klingels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH filed Critical MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Priority to DE19807247A priority Critical patent/DE19807247C2/de
Priority to DE59906550T priority patent/DE59906550D1/de
Priority to EP99103156A priority patent/EP0937864B1/de
Priority to US09/252,752 priority patent/US6139263A/en
Priority to JP04200599A priority patent/JP4230040B2/ja
Publication of DE19807247A1 publication Critical patent/DE19807247A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19807247C2 publication Critical patent/DE19807247C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/22Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246Fastening of diaphragms or stator-rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00Manufacture
    • F05B2230/60Assembly methods
    • F05B2230/604Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centering, e.g. pins
    • F05B2230/606Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centering, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/60Assembly methods
    • F05D2230/64Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit Rotor und Stator in strömungs­ technisch ein- oder mehrstufiger Ausführung, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.
Eine derartige Strömungsmaschine ist beispielsweise aus der DE-PS 27 45 130 be­ kannt, wobei diese Schrift sich speziell auf Axialturbinen mit Labyrinthdichtungen bezieht. Der Strömungskanal des Arbeitsmediums führt abwechselnd durch Leit- und Laufschaufelkränze wobei die statischen Bauteile radial von außen, die rotierenden radial von innen in diesen hineinragen. Wie Fig. 1 dieser Schrift deutlich zeigt, gibt es sowohl radial innen angeordnete Dichtungen zwischen dem Rotor und den Leit­ schaufelkränzen ("Inner Airseal") als auch radial außen angeordnete Dichtungen zwi­ schen den Laufschaufeln und dem Stator ("Outer Airseal").
Bei der Axialturbine gemäß der DE-PS sind die Dichtfins (Pos. 8) der "Inner Airseal" am Rotor (Pos. 4) befestigt, so daß deren Maße bzw. Maßabweichungen von den Ver­ hältnissen am Rotor (Temperatur, Drehzahl) abhängen. Der zugehörige Dichtungs­ belag (Pos. 7) ist demgegenüber am inneren Deckband (Pos. 20) der Leitschaufel­ segmente (Pos. 1, 5) befestigt. Die Leitschaufelsegmente sind am Gehäuse (Pos. 13, 14) gelagert, so daß die Maße bzw. Maßabweichungen des Dichtungsbelages letztlich von den Verhältnissen außen am Gehäuse wesentlich mitbestimmt werden. Die Verhältnisse am Rotor einerseits und am Gehäuse andererseits ändern sich oft weder konform nach zeitgleich, so daß sich spaltverändernde Relativbewegungen zwischen den Dichtungselementen (Pos. 7, 8) ergeben. Das Gleiche gilt für die "Outer Airseal" (Pos. 11, 12). Die spezielle Art der Leitschaufelbefestigung am Gehäuse wird so bzw. in vergleichbarer Ausführung bei größeren Triebwerken häufig verwendet. Jedes Segment eines Leitschaufelkranzes ist als mechanische Einheit an - im Längs­ schnitt- hakenförmigen Gehäuseelementen (Pos. 14) gelagert, welche in Umfangs­ richtung ringförmig geschlossen sind. Am stromaufwärtigen Ende des äußeren Deckbandes weist jedes Leitschaufelsegment einen Randwulst mit Nut auf, welcher das hakenförmige Gehäuseelement (Pos. 14, 22) klauenartig umgreift (siehe Fig. 3).
Am stromabwärtigen Ende des äußeren Deckbandes jedes Leitschaufelsegmentes ist eine - im Längsschnitt - abgewinkelte Anlagestufe mit einer radial nach außen wei­ senden Anlagefläche vorhanden, welche im Betrieb infolge eines strömungsinduzier­ ten Kippmomentes um das stromaufwärtige "Klauenlager" gegen das korrespondie­ rende hakenförmige Gehäuseelement gedrückt wird (siehe Fig. 1). Durch die hake n­ förmigen Gehäuseelemente - auch als "Hakenringe" bezeichenbar - fließen Wär­ meströme hoher Dichte zum kälteren Gehäuse, wobei die "Hakenringe" speziell im Bereich der "Klauenlager" durch Kriechen zunehmend plastisch verformt werden können. Abhilfe schafft hier meist nur eine permanente Kühlung der "Hakenringe". Falls vorhanden, kann hierzu ein aktives Spaltkontrollsystem ("Aktive Clearence Con­ trol" = ACC) mit herangezogen werden, welches dann allerdings permanent in Betrieb sein muß.
Die DE-PS 35 40 943 beschreibt ein solches Spaltkontrollsystem speziell für ein Zweistromtriebwerk. Bei diesem erstreckt sich der Sekundärluftkanal zumindest bis zum Ende des Turbinenbereiches und weist Öffnungen (Pos. 11) in seiner Innenwand auf, durch die Sekundärluft von außen gezielt auf Bereiche des Turbinengehäuses geblasen werden kann. Bei diesem vereinfachten ACC-System besteht ggf. das Pro­ blem, daß der geringe Überdruck des Sekundärluftstromes nicht ausreicht, um in örtlich eng begrenzten Gehäusezonen durch entsprechend kleine Strömungsquer­ schnitte Kühlluftströme mit ausreichendem Massendurchsatz zu erzeugen. Übli­ cherweise wird bei einem ACC Verdichterluft aus dem Booster bzw. Niederdruckver­ dichter als Kühlmittel abgezweigt, in separaten Kanälen geführt und über Ventile gezielt ausgeblasen.
Bei kleineren Gasturbinentriebwerken ist es bekannt, Leitschaufelkränze als selbst­ tragende, integrale Bauelemente mit geschlossenen Deckbändern auszuführen und im Gehäuse zu zentrieren. Aus fertigungstechnischen sowie festigkeitstechnischen Gründen (Thermospannungen) ist diese "monolithische" Lösung auf Schaufelkränze mit relativ kleinen Abmessungen beschränkt.
Die DE-OS 33 36 420 beschreibt einen Mechanismus zum Schutz gegen ein Über­ drehen eines Gasturbinenrotors bei Wellenbruch. Der Mechanismus wirkt in der Weise, daß die Leitschaufelsegmente mindestens eines Leitschaufelkranzes axial verschwenkt und in Berührung/Eingriff mit benachbarten Laufschaufeln gebracht werden. Die wechselseitige mechanische Schaufelreibung und -zerstörung bremst den Rotor schnell und effektiv ab. Die zu dem Mechanismus gehörenden Leitschau­ felsegmente weisen je ein Schwenklager am äußeren Deckbandsegment auf und sind an ihrem Innenumfang mittels eines formschlüssigen, ringartigen Verstär­ kungselementes verbunden, so daß die Segmente zusammen einen steifen, selbst­ tragenden Leitschaufelkranz bilden. Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 bilden die Schwenklager (Positionen 36, 56, 58 und 64) eine Speichenzentrierung für den eigenstabilen Leitschaufelkranz, was eine genaue Positionierung/Zentrierung bei reduzierten Thermospannungen ermöglicht. Nachteilig ist der Wärmeübergang vom Heißgasbereich zum Gehäuse (Pos. 34), von dem auch die Lagerelemente betroffen sind. Die resultierenden hohen Temperaturen und Temperaturgradienten in den Bau­ teilen dieses Bereiches können die Standzeit/Lebensdauer erheblich reduzieren.
Die US-PS 3,588,267 zeigt eine Leitschaufelkranzkonstruktion in Kunststoffbau­ weise, bei welcher die Schaufeln an einem geschlossenen, inneren Torus befestigt sind und mit diesem einen selbsttragenden Kranz bilden. Die äußeren Schaufelspit­ zen sind deckbandlos ausgeführt und direkt in Aussparungen eines metallischen Gehäuses eingeklebt, wobei die Elastizität der Klebung kleine Relativverschiebungen ausgleicht/aufnimmt. Es ist offensichtlich, daß diese Konstruktion für höhere Tem­ peraturen völlig unbrauchbar ist und bestenfalls im Fan- bzw. Niederdruckverdich­ terbereich Verwendung finden kann.
Angesichts dieser bekannten Lösungen und ihrer Nachteile besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Strömungsmaschine mit Rotor und Stator sowie mit minde­ stens einem, je ein äußeres und ein inneres Deckband aufweisenden Leitschaufel­ kranz zu schaffen, welche sich in allen Betriebszuständen durch eine optimale Spalt­ haltung, d. h. durch besonders niedrige, wenig variierende und rechnerisch gut erfaß­ bare Leckageverluste, somit einen hohen Wirkungsgrad, sowie durch eine relativ einfache, kosten- und gewichtsgünstige, langlebige und wartungsfreundliche Kon­ struktion ohne die Erfordernis eines aktiven Spaltkontrollsystems (ACC's) auszeich­ net und auch mit großen Leistungen und Abmessungen ausführbar sowie funktion­ stüchtig ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Kombination der Merkmale A bis D gelöst, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.
Die Erfindung liegt somit in der thermischen Entkoppelung von Gehäuse und Leit­ schaufeln mittels einer speziellen Ausführung und Lagerung/Zentrierung mindestens eines Leitschaufelkranzes sowie mittels Luftkühlung des Gehäuses. Der - minde­ stens eine - Leitschaufelkranz ist als selbsttragendes Bauteil mit einer Verstärkung am inneren Deckband ausgeführt, welche ihn gegen stülpende Axialverformung ver­ steift. Ausgehend von einer etwa ebenen, radialen Ausrichtung der Schaufelachsen im unbelasteten Zustand werden diese durch die statische Druckdifferenz vor/hinter dem Leitschaufelkranz bei Auslenkung "Null" am Gehäuse zur Kranzmitte hin zu­ nehmend axial ausgelenkt und dabei u. U. auch gekrümmt. Somit ist der Leitschau­ felkranz mechanisch mit einer Tellerfeder vergleichbar, deren inneren Rand (Lochrand) das innere Deckband, und deren äußeren Rand das äußere Deckband bildet. Das innere Deckband wird dabei sowohl axial verschoben als auch durch die schaufelinduzierten Momente in sich verdreht/verstülpt. Das heißt, die in Radial- Axialschnitten sichtbaren Materialquerschnitte des Deckbandes werden um gedach­ te, zur Schnittfläche jeweils senkrechte Achsen je nach Steifigkeit/Verstärkung mehr oder weniger verdreht.
Die erfindungsgemäße Verstärkung des inneren Deckbandes gegen besagte Verstül­ pung reduziert auch die axiale Auslenkung der Schaufelachsen und somit die gesam­ te Verformung des Leitschaufelkranzes unter Last. Dies verbessert die Maßhaltigkeit der statischen Komponente der "Inner Airseal".
Durch die wenigen, kleinen Wärmebrücken/Lagereinheiten zwischen äußerem Deckband und Gehäuse sowie durch die Kühlluftführung in diesem Bereich wird ein Wärmetransport vom Gaskanal in das Gehäuse weitestgehend vermieden, wodurch sich u. a. geringe Temperaturgradienten im äußeren Deckband einstellen, was in Kombination mit der Segmentierung des äußeren Deckbandes die Thermospannun­ gen im Leitkranz verringert. Das luftgekühlte Gehäuse bleibt auf einem niedrigen Temperaturniveau, wogegen der Leitkranz insgesamt etwa die Heißgastemperatur annimmt.
Die mindestens dreifache, jeweils radiale Bewegungen zulassende Lagerung ("Speichenzentrierung") der Deckbandsegmente behindert die thermische Deh­ nung/Kontraktion praktisch nicht und trägt somit auch zu einer Spannungsminimie­ rung bei. Außerdem wird eine exakte Zentrierung im Gehäuse erreicht.
Die erfindungsgemäße Kombination aus Leitschaufelkranzkonstruktion und -lagerung sowie Kühlluftführung hat zur Folge, daß das Verformungsverhalten des Kranzes überwiegend durch die Verhältnisse/Temperaturen im Heißgas, welche auch für das Rotorverhalten maßgeblich sind, bestimmt wird. Da die statischen Komponenten der "Inner"- und "Outer Airseal" von den Leitschaufelkränzen getragen werden und sich zu diesen konform verhalten, wird eine bestmögliche Angleichung der Verformungen der statischen und rotatorischen Dichtungskomponenten hinsichtlich Zeitverlauf, Größe und Richtung bei wechselnden Betriebsverhältnissen (instationärer Betrieb) erreicht. Somit kann die Maschine durchgehend mit etwa gleichbleibenden, mini­ malen Spalten bzw. Leckageverlusten und damit hohem Wirkungsgrad gefahren werden, wobei speziell im Leitschaufelbereich keine vorzeitige Bauteilermüdung zu befürchten ist. Die Anwendung von Bürstendichtungen wird durch das konforme Verhalten der Dichtungsträger (geringe Spaltänderung, geringe Exzentrizität etc.) begünstigt bzw. sogar erst ermöglicht.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Strömungsmaschine nach dem Hauptanspruch gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Figur noch näher erläutert. Diese zeigt einen Teillängsschnitt durch die Niederdruckturbine eines Turboluftstrahltriebwer­ kes.
Die vorliegende Erfindung ist generell für Strömungsmaschinen mit Rotor und Stator, d. h. für Verdichter und Turbinen, geeignet, welche zumindest abschnittsweise in Axialbauart, d. h. mit vorwiegend axialer Durchströmung, ausgeführt sind. Thermody­ namisch und abmessungsbedingt dürften Niederdruckturbinen mittlerer bis großer Gasturbinentriebwerke bevorzugte Anwendungsfälle darstellen, weshalb die Figur ein Beispiel aus diesem Bereich zeigt.
Von der Niederdruckturbine 1 sind die ersten beiden Stufen und hiervon wiederum die relevanten Elemente der oberen Hälfte dargestellt, wobei die Turbinen­ /Triebwerksachse horizontal unterhalb der Darstellung verlaufen würde. Die Strö­ mungsrichtung des Arbeitsgases verläuft von links nach rechts, d. h. zunächst durch den Leitschaufelkranz 14, dann durch den Bereich der Laufschaufeln 3, anschlie­ ßend durch den Leitschaufelkranz 15 und durch den Bereich der Laufschaufeln 4, wobei noch weitere Stufen (Leit-, Lauf-) folgen können. Die äußere Triebwerkshülle bildet das Gehäuse 13, in welchem die Leitschaufelkränze 14, 15 radial zentriert und axial fixiert gelagert sind. Sowohl die Laufschaufeln 3, 4 als auch die Leitschaufel­ kränze 14, 15 sind mit inneren und äußeren Deckbändern 5 bis 8 und 16 bis 19 aus­ geführt, wobei die inneren und äußeren Laufschaufeldeckbänder jeweils zwischen den Schaufeln Trennfugen aufweisen, u. a. damit beschädigte Schaufeln einzeln aus­ wechselbar sind.
Die Leitschaufelkränze 14, 15 sind als selbsttragende Bauelemente ausgeführt, wo­ bei ihre mechanische Stabilität überwiegend im Bereich der inneren Deckbänder 16, 17 erzielt wird. Dort sind in Umfangsrichtung geschlossene, d. h. "umlaufende", Verstärkungen 20, 21 angeordnet, welche auch das thermische Verhalten (Maß- und Formänderungen) der Leitschaufelkränze 14, 15 entscheidend beeinflussen. Die Gaskräfte im Betrieb bewirken u. a. eine stülpende Axialverformung der Leitschaufel­ kränze, d. h. eine vom äußeren zum inneren Deckband zunehmende axiale Auslen­ kung mit einer gewissen Verdrehung der Deckbänder in sich. Diese "tellerfederartige" Verformung läßt sich über die Verstärkungen an den inneren Deckbändern erheblich reduzieren. Als Verstärkungen sind beispielsweise die darge­ stellten, torusartigen Hohlkörper, axial beabstandete Ringe, Kombinationen von Hohl- und Vollprofilen usw. geeignet, wobei auch die Platzverhältnisse eine Rolle spielen. Die Verstärkungen sollten jedenfalls - im Axial-/Radialschnitt - ein möglichst großes Flächenträgheitsmoment um eine radiale Achse z. B. durch den Flächen­ schwerpunkt aufweisen, was durch ausreichende, axial beabstandete Flächenanteile erreichbar ist. Die Flächenanteile des Deckbandes sind hier mit zu berücksichtigen. Vorteilhaft ist ein Verstärkungswerkstoff mit hohem E-Modul. Insgesamt sollte bei möglichst kleiner Massenerhöhung ein Optimum an Steifigkeitserhöhung erzielt wer­ den. Die Ermittlung der Spannungen und Verformungen beim "Stülpen" ist über ein­ schlägige Berechnungsverfahren möglich.
Die Verstärkung 20 ist mit dem Deckband 16 formschlüssig verbunden, wobei der Leitschaufelkranz 14 aus mehreren Segmenten bestehen kann, welche über die Ver­ stärkung zusammengehalten werden. Die Verstärkung 21 ist hingegen in das Deck­ band 17 integriert, d. h. stoffschlüssig mit diesem zusammengefügt. Auch hier kön­ nen Leitschaufelsegmente die Ausgangsteile sein, welche durch Schweißen oder Löten im Bereich des inneren Deckbandes/der Verstärkung verbunden werden.
Die äußeren Deckbänder 18, 19 sollen jedoch im Einbauzustand noch segmentiert sein, d. h. mehrere Trennfugen am Umfang aufweisen, um Thermospannungen zu minimieren.
Die Zentrierung und Fixierung der Leitschaufelkränze 14, 15 im Gehäuse 13 erfolgt über jeweils mindestens drei Lagereinheiten mit je einem gehäusefesten Lagerzapfen 26, 27 und je einer deckbandfesten Lagerbuchse 24, 25. Die Kontaktflächen der Zapfen sind ballig, die der Buchsen zylindrisch ausgeführt, so daß über eine freie radiale Beweglichkeit hin­ aus auch kleine allseitige Schwenkbewegungen nach Art eines Kugelgelenkes möglich sind. All dies minimiert Zwangskräfte und somit Bauteilspannungen, was wiederum die Le­ bensdauer erhöht.
Die "Inner Airseal" ist hier - zumindest überwiegend - mit Bürstendichtungen ausge­ führt, wobei im Bereich der Leitschaufelkranzverstärkungen befestigte Bürsten 22, 23 gegen mit dem Rotor 2 verbundene Ringe 11, 12 laufen, welche axiale Anschläge für die Laufschaufeln 3, 4 bilden.
Die "Outer Airseal" ist hier mit Labyrinthdichtungen verwirklicht, wobei ringschnei­ denartige Dichtspitzen 9, 10 gegen Wabenstrukturen laufen, welche auf Wabenträger 28, 29 aufgebracht sind. Die Wabenträger 28, 29 sind ihrerseits an den Leitschaufel­ kränzen 14, 15 gelagert und dadurch im Verformungsverhalten an diese angeglichen.
Im Sinne der Erfindung ist eine Luftkühlung für das Gehäuse und die Lagereinheiten der Leitschaufelkränze vorgesehen, welche konstruktiv jedoch bei weitem nicht so aufwendig ist, wie ein ACC-System. Zu diesem Zweck ist auf der Innenseite des Ge­ häuses 13 in radialem Abstand eine Luftleitschale 30 angeordnet, so daß zwischen dieser und dem Gehäuse Kühlluft in Triebwerkslängsrichtung strömen kann. Der Zu­ tritt der in der Regel vom Verdichter abgezweigten Kühlluft erfolgt über Bohrungen 35 in eine erste Kammer 33. Im Bereich der Lagerzapfen 26 und 27 besitzt die Luft­ leitschale 30 bewußt gasdurchlässige Öffnungen 31, 32, so daß ein Teil der Kühlluft längs der Lagerzapfen 26, 27 in den Bereich der äußeren Deckbänder 18, 19 der Leit­ schaufelkränze 14, 15 strömen kann, ein entsprechendes Druckgefälle (Kühlluftüberdruck) vorausgesetzt. Dadurch werden die Lagerstellen gekühlt und Wärmeströme von den Leitschaufelkränzen zum Gehäuse minimiert. Das Wandele­ ment 37 weist - nicht dargestellte - Restriktoren auf oder bildet selbst mit entspre­ chenden Drosselspalten einen Restriktor für die Kühlluft, so daß diese in die nachfol­ gende Kammer 34 mit reduziertem Druck eintritt. Es reicht aus, wenn die Kühlluft jeweils nur einen mäßigen Überdruck gegenüber dem Arbeitsgas im angrenzenden Strömungskanal aufweist. Da der Druck des Arbeitsgases axial abnimmt, ist es sinn­ voll, auch den Kühlluftdruck zumindest in wenigen Stufen zu reduzieren, was hier durch die genannte Kammerbauweise mit Restriktoren erreicht wird. Hohe Über­ drücke der Kühlluft würden auch eine hohe Druckfestigkeit der Luftleitschale 30 erfordern, d. h. größere Wanddicken und mehr Gewicht.
Zwischen dem Strömungskanal des Arbeitsgases und dem Kühlluftkanal sind weitere Wandelemente 36, 38 angeordnet, welche Arbeitsgasnebenströme, d. h. -verluste, durch diese Passagen verhindern sollen. Aus Kühlungsgründen sind auch diese Wandelemente 36, 38 bewußt etwas gasdurchlässig ausgeführt bzw. befestigt.
Bezugszeichenliste Strömungsmaschine mit Rotor und Stator
1
Niederdruckturbine
2
Rotor
3
Laufschaufel
4
Laufschaufel
5
Deckband, inneres
6
Deckband, inneres
7
Deckband, äußeres
8
Deckband, äußeres
9
Dichtspitzen
10
Dichtspitzen
11
Ring
12
Ring
13
Gehäuse
14
Leitschaufelkranz
15
Leitschaufelkranz
16
Deckband, inneres
17
Deckband, inneres
18
Deckband, äußeres
19
Deckband, äußeres
20
Verstärkung
21
Verstärkung
22
Bürste
23
Bürste
24
Lagerbuchse
25
Lagerbuchse
26
Lagerzapfen
27
Lagerzapfen
28
Wabenträger
29
Wabenträger
30
Luftleitschale
31
Öffnung
32
Öffnung
33
Kammer
34
Kammer
35
Bohrung
36
Wandelelement
37
Wandelelement
38
Wandelelement

Claims (6)

1. Strömungsmaschine mit Rotor und Stator in strömungstechnisch ab­ schnittsweise oder vollständig axialer Bauart, deren Rotor Laufschaufeln, und deren Stator ein Ge­ häuse mit Leitschaufeln aufweist, wobei die Leitschaufeln als mindestens ein Leitschaufelkranz mit einem radial inneren und einem radial äußeren Deckband angeordnet, sind, insbesondere axiale Niederdruckturbine, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
  • A) Mindestens ein Leitschaufelkranz (14, 15) ist als selbsttragendes Bauteil mit einer in Umfangsrichtung geschlossenen, zumindest weitgehend rotationssymmetri­ schen, versteifenden Verstärkung (20, 21) am inneren Deckband (16, 17) ausgeführt,
  • B) der mindestens eine Leitschaufelkranz (14, 15) weist ein segmentiertes äußeres Deckband (18, 19) mit mehreren über seinen Umfang verteilten Trennfugen auf und
  • C) er ist über mindestens drei Segmente des äußeren Deckbandes (18, 19) mittels jeweils einer örtlich radiale Relativbewegungen zulassenden Lagereinheit (24, 25, 26, 27) in Form einer sog. Speichenzentrierung mit mindestens drei Speichen, im Gehäuse (13) positioniert, und
  • D) zwischen dem Gehäuse (13) und dem äußeren Deckband (18, 19) des mindestens einen Leitschaufelkranzes (14, 15) ist eine Luftleitschale (30) angeordnet, welche einen Kühlluftstrom längs der Gehäuseinnenseite führt und mit Öffnungen (31, 32) für die Lagerelemente (26, 27) des mindestens eine Leitschaufelkranzes (14, 15) versehen ist, wobei die Öffnungen (31, 32) einen Teil des Kühlluftstromes zum Deckband (18, 19) hin durchtreten lassen.
2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kung (20, 21) des mindestens einen Leitschaufelkranzes (14, 15) als torusförmiger Hohlkörper oder in Form mindestens zweier axial beabstandeter Ringe ausgeführt und stoffschlüssig in das innere Deckband (17) integriert oder formschlüssig mit diesem (16) verbunden ist.
3. Strömungsmaschine nach Anspruch 2 mit formschlüssiger Verbindung zwischen der Verstärkung und dem inneren Deckband des mindestens einen Leitschaufel­ kranzes, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Leitschaufelkranz (14) aus mehreren Leitschaufelsegmenten besteht, welche mittels der Verstär­ kung (20) zu einem selbsttragenden Bauteil zusammengefügt sind.
4. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung (20, 21) des mindestens einen Leitschaufel­ kranzes (14, 15) das statische Element einer Wellendichtung trägt, insbesondere die Bürste (22, 23) einer Bürstendichtung oder den Einlaufbelag bzw. die Waben­ struktur einer Labyrinthdichtung.
5. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lagereinheit des mindestens einen Leitschaufelkranzes (14, 15) aus einem gehäusefesten Lagerzapfen (26, 27) mit balliger Kontaktfläche und einer deckbandfesten Lagerbuchse (24, 25) mit zylindrischer Kontaktfläche besteht.
6. Strömungsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal des Kühlluftstromes zwischen Gehäuse (13) und Luftleitschale (30) in mehrere, nacheinander durchströmte Kammern (33, 34) mit von Kammer zu Kammer abnehmendem Innendruck aufgeteilt ist, wo­ bei jede Kammer (33, 34) für einen Betriebsdruck ausgelegt ist, welcher zumin­ dest geringfügig höher ist als der Druck im jeweils benachbarten Strömungska­ nalbereich des Arbeitsmediums.
DE19807247A 1998-02-20 1998-02-20 Strömungsmaschine mit Rotor und Stator Expired - Fee Related DE19807247C2 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19807247A DE19807247C2 (de) 1998-02-20 1998-02-20 Strömungsmaschine mit Rotor und Stator
DE59906550T DE59906550D1 (de) 1998-02-20 1999-02-18 Leitschaufelanordnung für eine axiale Strömungsmaschine
EP99103156A EP0937864B1 (de) 1998-02-20 1999-02-18 Leitschaufelanordnung für eine axiale Strömungsmaschine
US09/252,752 US6139263A (en) 1998-02-20 1999-02-19 Flow machine with rotor and stator
JP04200599A JP4230040B2 (ja) 1998-02-20 1999-02-19 ロータとステータを備えた流体機械

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19807247A DE19807247C2 (de) 1998-02-20 1998-02-20 Strömungsmaschine mit Rotor und Stator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19807247A1 DE19807247A1 (de) 1999-09-09
DE19807247C2 true DE19807247C2 (de) 2000-04-20

Family

ID=7858458

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19807247A Expired - Fee Related DE19807247C2 (de) 1998-02-20 1998-02-20 Strömungsmaschine mit Rotor und Stator
DE59906550T Expired - Lifetime DE59906550D1 (de) 1998-02-20 1999-02-18 Leitschaufelanordnung für eine axiale Strömungsmaschine

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE59906550T Expired - Lifetime DE59906550D1 (de) 1998-02-20 1999-02-18 Leitschaufelanordnung für eine axiale Strömungsmaschine

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6139263A (de)
EP (1) EP0937864B1 (de)
JP (1) JP4230040B2 (de)
DE (2) DE19807247C2 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012680A1 (de) 2000-08-03 2002-02-14 Mtu Aero Engines Gmbh Aufhängung
DE102009037620A1 (de) 2009-08-14 2011-02-17 Mtu Aero Engines Gmbh Strömungsmaschine
DE102009042029A1 (de) * 2009-09-17 2011-03-24 Mtu Aero Engines Gmbh Schaufelkranz für eine Strömungsmaschine

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1318103B1 (it) * 2000-07-03 2003-07-23 Nuovo Pignone Spa Sistema di connessione tra un ugello di bassa pressione ed untransition duct in una turbina a gas
JP2002129901A (ja) * 2000-10-30 2002-05-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd チップシュラウド構造
DE10064272A1 (de) * 2000-12-22 2002-07-04 Alstom Switzerland Ltd Turbinenschaufel für eine Gasturbine
DE10122464C1 (de) * 2001-05-09 2002-03-07 Mtu Aero Engines Gmbh Mantelring
US7059821B2 (en) * 2003-05-07 2006-06-13 General Electric Company Method and apparatus to facilitate sealing within turbines
DE10359730A1 (de) 2003-12-19 2005-07-14 Mtu Aero Engines Gmbh Turbomaschine, insbesondere Gasturbine
DE102004016222A1 (de) * 2004-03-26 2005-10-06 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Anordnung zur selbsttätigen Laufspalteinstellung bei einer zwei- oder mehrstufigen Turbine
GB2448116B (en) * 2007-04-05 2009-05-27 Rolls Royce Plc Means for cooling a bearing assembly
US8090456B2 (en) * 2008-11-03 2012-01-03 United Technologies Corporation System and method for design and control of engineering systems utilizing component-level dynamic mathematical model
US8668434B2 (en) * 2009-09-02 2014-03-11 United Technologies Corporation Robust flow parameter model for component-level dynamic turbine system control
US8315741B2 (en) * 2009-09-02 2012-11-20 United Technologies Corporation High fidelity integrated heat transfer and clearance in component-level dynamic turbine system control
DE102009052314A1 (de) 2009-11-07 2011-05-12 Mtu Aero Engines Gmbh Dichtanordnung für eine Gasturbine und eine derartige Gasturbine
US20110255959A1 (en) * 2010-04-15 2011-10-20 General Electric Company Turbine alignment control system and method
ES2793725T3 (es) 2010-11-16 2020-11-16 Mtu Aero Engines Gmbh Conjunto de paletas del rotor para una turbina
DE102011083814A1 (de) 2011-09-30 2013-04-04 Mtu Aero Engines Gmbh Segmentiertes Bauteil
EP2647795B1 (de) 2012-04-04 2018-11-07 MTU Aero Engines AG Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine
EP2647796A1 (de) * 2012-04-04 2013-10-09 MTU Aero Engines GmbH Dichtungssystem für eine Strömungsmaschine
EP2947275A1 (de) 2012-04-04 2015-11-25 MTU Aero Engines GmbH Verfahren zur herstellung eines einlaufbelags
KR101480089B1 (ko) 2012-05-10 2015-01-08 이병화 목재용 앵커 볼트
EP2719869A1 (de) 2012-10-12 2014-04-16 MTU Aero Engines GmbH Axiale Abdichtung in einer Gehäusestruktur für eine Strömungsmaschine
ES2679343T3 (es) 2013-04-24 2018-08-24 MTU Aero Engines AG Junta de estanqueidad deslizante
CN103482219B (zh) * 2013-09-16 2016-06-01 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种燃气轮机运输过程中对转子进行轴、径向定位方法
DE102014209057A1 (de) 2014-05-14 2015-11-19 MTU Aero Engines AG Gasturbinengehäuseanordnung
US10975721B2 (en) * 2016-01-12 2021-04-13 Pratt & Whitney Canada Corp. Cooled containment case using internal plenum
IT201900014736A1 (it) 2019-08-13 2021-02-13 Ge Avio Srl Elementi di tenuta integrali per pale trattenute in un rotore a tamburo esterno anulare girevole in una turbomacchina.
IT201900014739A1 (it) 2019-08-13 2021-02-13 Ge Avio Srl Elementi di trattenimento delle pale per turbomacchine.
IT201900014724A1 (it) 2019-08-13 2021-02-13 Ge Avio Srl Elementi di trattenimento delle pale per turbomacchine.
CN115387906B (zh) * 2022-05-12 2024-04-16 中国航发四川燃气涡轮研究院 低进口轮毂比发动机的进气承力框架连接结构及装配方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2968467A (en) * 1956-11-14 1961-01-17 Orenda Engines Ltd Connecting means, especially for securing annular stator elements between supports whose positions are fixed
US3542483A (en) * 1968-07-17 1970-11-24 Westinghouse Electric Corp Turbine stator structure
US3588267A (en) * 1968-06-27 1971-06-28 Rolls Royce Blade assembly for a fluid flow machine
DE3336420A1 (de) * 1982-10-06 1984-04-12 Rolls-Royce Ltd., London Mechanismus zur verhinderung eines ueberdrehens des turbinenrotors eines gasturbinentriebwerks im falle eines wellenbruches

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1387866A (en) * 1972-06-21 1975-03-19 Rolls Royce Aerofoil members for gas turbine engines
GB1605310A (en) * 1975-05-30 1989-02-01 Rolls Royce Nozzle guide vane structure
DE2745130C2 (de) 1977-10-07 1980-01-03 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Dichtungseinrichtung für die freien Schaufelenden von Axialturbinen
US4679400A (en) * 1983-12-15 1987-07-14 General Electric Company Variable turbine vane support
DE3540943A1 (de) 1985-11-19 1987-05-21 Mtu Muenchen Gmbh Gasturbinenstrahltriebwerk in mehr-wellen-zweistrom-bauweise

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2968467A (en) * 1956-11-14 1961-01-17 Orenda Engines Ltd Connecting means, especially for securing annular stator elements between supports whose positions are fixed
US3588267A (en) * 1968-06-27 1971-06-28 Rolls Royce Blade assembly for a fluid flow machine
US3542483A (en) * 1968-07-17 1970-11-24 Westinghouse Electric Corp Turbine stator structure
DE3336420A1 (de) * 1982-10-06 1984-04-12 Rolls-Royce Ltd., London Mechanismus zur verhinderung eines ueberdrehens des turbinenrotors eines gasturbinentriebwerks im falle eines wellenbruches

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012680A1 (de) 2000-08-03 2002-02-14 Mtu Aero Engines Gmbh Aufhängung
DE10037837A1 (de) * 2000-08-03 2002-03-28 Mtu Aero Engines Gmbh Aufhängung
DE10037837C2 (de) * 2000-08-03 2002-08-01 Mtu Aero Engines Gmbh Aufhängung
US6752591B2 (en) 2000-08-03 2004-06-22 Mtu Aero Engines Gmbh Suspension
DE102009037620A1 (de) 2009-08-14 2011-02-17 Mtu Aero Engines Gmbh Strömungsmaschine
WO2011018072A2 (de) 2009-08-14 2011-02-17 Mtu Aero Engines Gmbh Strömungsmaschine
DE102009042029A1 (de) * 2009-09-17 2011-03-24 Mtu Aero Engines Gmbh Schaufelkranz für eine Strömungsmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11294103A (ja) 1999-10-26
DE59906550D1 (de) 2003-09-18
EP0937864A3 (de) 2000-10-25
DE19807247A1 (de) 1999-09-09
EP0937864A2 (de) 1999-08-25
JP4230040B2 (ja) 2009-02-25
US6139263A (en) 2000-10-31
EP0937864B1 (de) 2003-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19807247C2 (de) Strömungsmaschine mit Rotor und Stator
EP1389265B1 (de) Gasturbine
EP0170938B1 (de) Schaufel- und Dichtspaltoptimierungseinrichtung für Verdichter von Gasturbinentriebwerken, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerken
DE602005004447T2 (de) Manschettendichtung für Turbinenleitschaufeln
DE69932966T2 (de) Leitschaufelanordnung für eine Turbomaschine
DE3786552T2 (de) Dichtung zwischen den schaufeln eines turbomaschinenrotors.
DE3117755C2 (de) Dichtungsanordnung für Gasturbinentriebwerke
EP1149985B1 (de) Ringstruktur in Metallbauweise
EP2918913B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine mit äusserer und innerer Brennkammerwand
EP3153667B1 (de) Sicherungsvorrichtung zur axialen sicherung einer laufschaufel und rotorvorrichtung mit einer derartigen sicherungsvorrichtung
EP1653049B1 (de) Leitschaufelring einer Strömungsmaschine und zugehöriges Modifikationsverfahren
EP0116160B1 (de) Aussengelagerter Abgasturbolader mit ungekühltem Gaskanal
EP2853692B1 (de) Dichtelement einer axialen Strömungsmaschine
WO2005059312A2 (de) Zentrierung der leitschaufelkränze in einer turbomaschine sowie montagevorrichtung
DE19617539A1 (de) Rotor für eine thermische Turbomaschine
DE3031553A1 (de) Gasturbinenlaufrad.
EP1386059B1 (de) Anordnung für eine nicht-hermetische dichtung in einer turbomaschine
EP1731715A1 (de) Übergangsbereich zwischen einer Brennkammer und einer Turbineneinheit
EP2955336B1 (de) Zwischengehäuse für eine Gasturbine sowie Gasturbine mit einem solchen Zwischengehäuse
DE102010036071A1 (de) Gehäuseseitige Struktur einer Turbomaschine
DE102022103541B4 (de) Gasturbine
EP4219897A1 (de) Rotor mit einem wuchtflansch, rotoranordnung mit zumindest einem rotor und strömungsmaschine mit zumindest einem rotor oder mit einer rotoranordnung
DE3344271A1 (de) Rotationskompressorgehaeuse
DE102018209608A1 (de) Element eines Turbinenzwischengehäuses
WO2021110191A1 (de) Dichtungsträger für eine turbomaschine mit schlitzartigen öffnungen im dichtungskörper

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: MTU AERO ENGINES GMBH, 80995 MUENCHEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee