DE19931765A1 - Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbesondere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vordere Laufscheibe zur dahinterliegenden Laufscheibe geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben ein in Axialrichtung geteilter Zwischenstufendichtring vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwischenraum vorgesehenen Leitschaufelkranz befestigt ist und wobei die Dichtringelemente des Zwischenstufendichtringes lösbar miteinander verbunden und bei Lösung dieser Verbindung sowie bei nicht montiertem Leitschaufelkranz gegeneinander im wesentlichen in Axialrichtung verschiebbar sind. Um eine einfache Montage bei geringem Bauraumbedarf zu ermöglichen, ist eines der Dichtringelemente am anderen Dichtringelement mittels eines Sicherungsringes lösbar gehalten, wozu dieser Sicherungsring in einer umlaufenden Nut des letztgenannten Dichtringelementes geführt ist und in eine umlaufende Nut des erstgenannten Dichtringelementes eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbesondere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vordere Laufscheibe zur dahinter liegenden Laufscheibe geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben ein in Axialrichtung geteilter Zwischenstufen-Dichtring vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwi­ schenraum vorgesehenen Leitschaufelkranz befestigt ist und wobei Dichtring­ elemente des Zwischenstufendichtringes lösbar miteinander verbunden sind und bei Lösung dieser Verbindung sowie bei nicht montiertem Leit­ schaufelkranz gegeneinander im wesentlichen in Axialrichtung verschiebbar sind. Zum technischen Umfeld wird neben der GB 2 057 573 A oder der EP 0 757 750 B1 insbesondere auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Pa­ tentanmeldung 198 54 908.3 sowie auf das Flugtriebwerk BR710 der An­ melderin verwiesen.

An Axialturbinen, insbesondere Hochdruck-Axialturbinen von Flug-Gastur­ binen, mit gekühlten Laufschaufeln und Laufscheiben wird üblicherweise der zur Kühlung benötigte Kühlluftstrom vom Abzapfpunkt des der Axialturbine vorgeschalteten Verdichters an die erste Turbinenstufe herangeführt. Von dieser aus wird zumindest ein Teil des Kühlluftstromes durch die erste Laufradstufe im Laufscheiben- oder Laufschaufelfußbereich hindurchgeführt und in den hinter dieser ersten Laufradstufe liegenden Scheibenzwischen­ raum eingeblasen, von welchem aus dieser Kühlluft-(Teil-)Strom mittels ge­ eigneter Luftleitelemente, insbesondere Vordralldüsen, zur dahinter liegen­ den zweiten Laufradstufe geführt wird. Dies soll dabei möglichst verlustarm erfolgen, d. h. der jeweils vorliegende Kühlluft-(Teil-)Strom muß auch noch an der hintersten Turbinenstufe ein ausreichendes Kühlpotential besitzen.

Wie beispielsweise die o. g. nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmel­ dung 198 54 908.3 zeigt, sind im Scheibenzwischenraum der jeweils ersten, zweiten, dritten und vierten usw. Stufe einer Axialturbine, also generell zwi­ schen zwei hintereinander angeordneten Laufscheiben einer Axialturbine sog. Dichtring- und Luftleitelemente zur Kühlluftführung bekannt. Diese bil­ den einen sog. Zwischenstufendichtring, der bei diesem vorbeschriebenen Stand der Technik zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Dichtringele­ mente dieses Zwischenstufendichtringes jeweils für sich an den Segmenten des diesen Scheibenzwischenraum zum Strömungskanal des Arbeitsgases hin begrenzenden Leitschaufelkranzes befestigt sind.

Bei dieser beschriebenen Anordnung müssen zur Sicherstellung der Mon­ tierbarkeit Kompromisse hinsichtlich der Funktion des Zwischenstufendicht­ ringes gemacht werden, die sich nachteilig auf die Kühlluftversorgung der dahinterliegenden Laufscheibe auswirken. Eine räumliche Trennung des Kühlluftstroms von den heißen und unregelmäßig geformten Innenwänden des Leitschaufelkranzes ist nicht möglich bzw. würde zusätzliche segmen­ tierte Hitzeschilde erfordern, die hinsichtlich ihrer Befestigung und struktu­ rellen Integrität problematisch wären.

Andere bekannte Ausführungen eines Zwischenstufendichtringes haben an­ dere Nachteile, die ihre Anwendung unter den vorhandenen Randbedingun­ gen nicht erlauben. So wird durch die Ausführung von segmentförmigen Dichtringelementen, die lösbar miteinander verbunden werden, zwar ein Zu­ gang zum radial innenliegenden Scheibenflansch ermöglicht, jedoch können sich hiermit Probleme hinsichtlich Rundheit unter thermischer Beanspru­ chung, Dichtigkeit und Zuverlässigkeit im Langzeitbetrieb ergeben.

Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform, die am Triebwerk BR710 der BMW Rolls-Royce GmbH realisiert ist, werden zwei Dichtringelemente ver­ wendet, die axial übereinander bzw. ineinander verschieblich sind und mit­ tels einer konventionellen Flanschverschraubung lösbar verbunden werden. Durch ihren erhöhten Platzbedarf ist diese verschraubte Bauart jedoch nur eingeschränkt anwendbar.

Eine Anordnung eines Zwischenstufendichtringes an der Axialturbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, die sich durch einen gerin­ gen Bauraumbedarf auszeichnet, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eines der Dicht­ ringelemente am anderen Dichtringelement mittels eines Sicherungsringes lösbar gehalten ist, wozu dieser Sicherungsring in einer umlaufenden Nut des letztgenannten Dichtringelementes geführt ist und in eine umlaufende Nut des erstgenannten Dichtringelementes eingreift. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Mit diesen soeben genannten Merkmalen erhält man eine platzsparende und dabei lösbare Verbindung von axial ineinander verschieblichen Dichtringele­ menten. Die verwendeten Verbindungselemente sind zur Montage und De­ montage leicht zugänglich und sowohl während der Montage als auch im voll montierten Zustand verliergesichert. Dabei kann der Zwischenstufendichtring in gewisser Weise vormontiert und daraufhin beim Zusammenbau der Axial­ turbine in dieser vorpositioniert werden, derart, daß eines der Dichtringele­ mente das oder die andere(n) Dichtringelement(e) des Zwischenstufendich­ tringes trägt, wenn auch nicht in der von diesen endgültig einzunehmenden Position. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß beim Zusam­ menbau der Axialturbine noch bevor der jeweilige Leitschaufelkranz montiert wird, bereits der komplette Zwischenstufendichtring eingelegt wird. Dabei können die Dichtringelemente des Zwischenstufendichtringes derart über­ einander geschoben sein, daß noch ein Zugang zum in Radialrichtung in­ nenliegenden Bereich der Laufscheiben möglich ist, bspw. um diese über eine Schraubverbindung miteinander zu verbinden. Daraufhin können die Dichtringelemente relativ zueinander in Axialrichtung verschoben werden, so daß nun der Zwischenstufendichtring diese Zwischenstufe zwischen den nunmehr miteinander verbundenen Laufscheiben nahezu vollständig ab­ deckt. In einem darauffolgenden Montageschritt kann dann der Leitschaufel­ kranz eingesetzt werden, der letztlich diesen Zwischenstufendichtring bevor­ zugt über lediglich eines (und dabei bevorzugt über das hintere) der Dicht­ ringelemente trägt.

Die Dichtringelemente des Zwischenstufendichtringes sind lösbar über einen Sicherungsring miteinander verbunden, da ein derartiges Verbindungsele­ ment wenig Bauraum benötigt und einfach montierbar ist. Dieser bevorzugt kolbenringartige Sicherungsring, der in Radialrichtung zumindest einen Schlitz aufweist, ist in einer Nut eines der Dichtringelemente geführt und greift in eine Nut des anderen Dichtringelementes ein. Der Sicherungsring kann am Umfang der Dichtringelemente mit zumindest zwei Halteklammern in radialer Außenposition als Umfangssicherung zur formschlüssigen Posi­ tionierung über die Seitenflächen der Dichtringelemente sowie über Ring­ aussparungen gehalten sein. Diese Halteklammern besitzen bevorzugt einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und können somit das andere Dicht­ ringelement umgreifen, wodurch eine axiale Verliersicherung gewährleistet ist.

Eines oder ggf. auch alle vorgesehenen Dichtringelemente kann bzw. kön­ nen durch geeignet ausgebildete Vorsprünge oder kanalartig ausgebildete Fortsätze in vorteilhafter Weise die Funktion einer Trennung des Kühlluft­ stromes vom Scheibenzwischenraum im Bereich des Arbeitsgases bzw. all­ gemein eine Führung des Kühlluftstromes zur nächsten Laufscheibe über­ nehmen. All dies sowie weitere ggf. erfindungswesentliche Merkmale geht/­ gehen auch aus der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung hervor.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine zweistufige Hochdruck- Axialturbine mit einem ersten Ausführungsbeispiel für einen er­ findungsgemäßen Zwischenstufendichtring,

Fig. 2 in einer gegenüber Fig. 1 vergrößerten Ausschnitt-Darstellung einen vergleichbaren Teillängsschnitt für ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zwischenstufendicht­ ringes,

Fig. 3 in einer Darstellung analog Fig. 1 ein drittes Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Zwischenstufendichtringes,

Fig. 4 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in einem Zwischenzustand beim Zusammenbau der Axialturbine, wobei die Dichtringele­ mente des Zwischenstufendichtringes axial gegeneinander ver­ schoben sind,

Fig. 5 den Ausschnitt X aus Fig. 2 zur Verdeutlichung der gegenseiti­ gen Befestigung der Dichtringelemente, sowie

Fig. 6 die Darstellung gemäß Fig. 5 für ein Segment des Zwischen­ stufendichtringes in perspektivischer Darstellung.

In sämtlichen Figurendarstellungen ist mit der Bezugsziffer 8 die Laufscheibe der ersten Stufe einer Hochdruck-Axialturbine eines Flugtriebwerkes be­ zeichnet, welcher eine sog. Stufe-II-Laufscheibe 8' nachgeordnet ist. Die Stufe-I-Laufscheibe 8 und die Stufe-II-Laufscheibe 8' tragen wie üblich über ihrem Umfang verteilt eine Vielzahl von Turbinen-Schaufeln 2 bzw. 2' (im folgenden auch nur Schaufeln 2, 2' genannt), die in einen das Arbeitsgas der Strömungsmaschine gemäß Pfeilrichtung 10 führenden Ringkanal 11 hinein­ ragen, und in welchen zwischen den Stufe-I-Schaufeln 2 und den Stufe-II- Schaufeln 2' wie üblich eine Vielzahl von letztlich am Gehäuse 13 der Axial­ turbine befestigten Leitschaufeln 12 hineinragen. Die in Radialrichtung 16 innen liegende Abdeckung der Leitschaufeln 12 ist (wie üblich) in Form eines sog. Leitschaufelkranzes 12a ausgebildet. Mit der Bezugsziffer 14 ist die Rotationsachse der Axialturbine bezeichnet, um welche die miteinander - wie in Fig. 1 dargestellt - über eine Schraubverbindung 17 verbundenen Lauf­ scheiben 8, 8' rotieren.

In üblicher Weise sind hier auch die Schaufeln 2 bzw. 2' auf den zugehöri­ gen Laufscheiben 8 bzw. 8' befestigt. Die Schaufeln 2, 2' weisen (in Strö­ mungsrichtung 10 betrachtet) tannenbaumförmig geformte Schaufelfüße 1 bzw. 1' auf, mit denen die Schaufeln 2, 2' in entsprechend gestaltete Aus­ sparungen in den Scheiben 8, 8' eingesetzt sind. Gegen axiale Verschie­ bung (in Pfeilrichtung 10) gesichert sind die Schaufeln 2, 2' dabei durch ge­ eignet gestaltete und an den Laufscheiben 8, 8' befestigte Schließplatten 3 bzw. 3'.

Wegen der hohen Temperaturbelastung durch das im Ringkanal 11 strö­ mende Arbeitsgas sind die Schaufeln 2, 2' luftgekühlt, d. h. in den Schaufeln 2, 2' verläuft zumindest ein hier nicht dargestellter Kühlkanal, der über eine Vielzahl von sog. Effusionslöchern auf der das Arbeitsgas führenden bzw. von diesem beaufschlagten Oberfläche der Schaufeln 2, 2' mündet. Mit Kühlluft versorgt wird dieser nicht dargestellte Kühlkanal von einer im Schaufelfuß 1 bzw. 1' vorgesehenen Kühlluftkammer aus, die der Einfach­ heit halber nicht figürlich dargestellt ist.

Mit Kühlluft versorgt wird diese Kühlluftkammer über einen jeweils in den Laufscheiben 8, 8' (und dabei nur für die Stufe-I-Laufscheibe 8 dargestellten) verlaufenden Versorgungskanal 15, der ausgehend von der bezogen auf die Strömungsrichtung 10 vorderen Stirnseite 8a der Laufscheibe(n) 8 (bzw. 8') in der den Schaufelfuß 1 aufnehmenden nicht näher bezeichneten Ausspa­ rung der Laufscheibe 8 mündet. An die Eintrittsöffnung des Versorgungska­ nales 15 auf der Stirnseite 8a der Stufe-I-Laufscheibe 8 wird auf nicht darge­ stellte Weise hierzu ein vom dieser Hochdruck-Axialturbine vorgeschalteten Verdichter geförderter Kühlluftstrom herangeführt. Dieser Kühlluftstrom, von welchem ein Teil auf die im folgenden beschriebene Weise in Strömungs­ richtung 10 durch den Schaufelfuß 1 hindurchgeführt wird, ist mittels nicht mit Bezugsziffern versehenen Pfeilen dargestellt.

Von der besagten im Schaufelfuß 1 der Stufe-I-Schaufef(n) 2 vorgesehenen Kühlluftkammer zweigt nicht nur der zumindest eine nicht dargestellte und letztendlich über die oben bereits genannten Effusionslöcher auf der Ober­ fläche der Schaufeln 2 im Ringkanal 11 mündende Kühlkanal ab, sondern zusätzlich ein weiterer lediglich teilweise dargestellter Kühlluftkanal 4, der praktisch vollständig im Schaufelfuß 1 verläuft und dabei - ohne den in den Ringkanal 11 hineinragenden Teil der Schaufel 2 zu tangieren, in Strö­ mungsrichtung 10 betrachtet auf der Rückseite 1a des Schaufelfußes 1 mündet. Von hier aus kann somit ein Teil des Kühlluftstromes, der zur an der Stirnseite 8a der Laufscheibe 8 liegenden Eintrittsöffnung des Versorgungs­ kanales 15 herangeführt wird, in den sog. Scheibenzwischenraum 6 zwi­ schen den beiden Laufscheiben 8 und 8' gelangen, und zwar durch eine bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 unterhalb der Schließ­ platte 3 und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 in der Schließplatte 3 vorgesehene Austrittsöffnung 5. Von diesen (über dem Umfang der Axialtur­ bine bzw. der Laufscheibe 8 selbstverständlich mehrfach vorhandenen) Austrittsöffnungen 5 aus gelangt die Kühlluft dann auf die im folgenden nä­ her beschriebene Weise zur Stufe-II-Laufscheibe 8' bzw. zu deren Schaufeln 2'.

Zwischen den beiden Laufscheiben 8, 8' ist im bereits genannten Scheiben­ zwischenraum 6 ein sog. Zwischenstufendichtring 20 vorgesehen, der diesen Scheibenzwischenraum 6 gegenüber dem das Arbeitsgas führenden Ring­ kanal 11 abschirmt. Dieser Zwischenstufendichtring 20 ist aus zwei Dicht­ ringelementen 21, 22 aufgebaut, wobei das in Strömungsrichtung 10 be­ trachtet hintere Dichtringelement 22 das davor liegende vordere Dichtring­ element 21 auf später noch näher erläuterte Weise trägt. Damit der Zwi­ schenstufendichtring 20 seine besagte Abschirmfunktion möglichst optimal erfüllen kann, weist das vordere Dichtringelement 21, das beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 als eine zum Leitschaufelkranz 12a annähernd parallel angeordnete Platte ausgebildet ist, nicht nur in seinem der Lauf­ scheibe 8 zugewandten stirnseitigen Bereich, sondern auch auf seiner dem Leitschaufelkranz 12a zugewandten Seite Vorsprünge 23 auf, die im Zu­ sammenwirken entweder mit der Laufscheibe 8 oder mit dem Leitschaufel­ kranz 12a jeweils zumindest einen Dichtungsspalt bilden. Dabei ist an der Innenseite des Leitschaufelkranzes 12a ein finnenartiger Vorsprung 24 vor­ gesehen, der mit den beiden in diesem Bereich vorgesehenen Vorsprüngen 23 des Dichtringelementes 21 in entsprechender Weise zusammenwirkt. Ein Übertritt von heißem Arbeitsgas aus dem Ringkanal 11 über die Spalte zwi­ schen den Schaufelfüßen 1 und dem Leitschaufelkranz 12a in den Schei­ benzwischenraum 6 wird somit von diesem vorderen Dichtringelement 21 sicher verhindert.

In gleicher Weise verhindert das hintere Dichtringelement 22 des Zwischen­ stufendichtringes 20, daß heißes Arbeitsgas aus dem Ringkanal 11 über die Spalte zwischen den Schaufelfüßen 1' der Stufe-II-Laufscheibe 8' und dem Leitschaufelkranz 12a in den Scheibenzwischenraum 6 gelangt. Hierzu ist das hintere Dichtringelement 22 zunächst einmal mit dem Leitschaufelkranz 12a verbunden bzw. ist an diesem befestigt. In eine gabelförmige Aufnahme 22a des Dichtringelementes 22 ragt ein vom Leitschaufelkranz 12a in Radial­ richtung 16 nach innen abstehender Steg 18 hinein und umgreift seinerseits einen die gabelförmige Aufnahme 22a in Axialrichtung 19 (diese ist parallel zur Rotationsachse 14) durchdringenden Vierkantstift 25.

In diesem Zusammenhang sei bereits an dieser Stelle kurz auf den Zusam­ menbau des u. a. aus den Laufscheiben 8, 8' bestehenden Rotors und des­ sen Einbau in das den Ringkanal 11 umgebende Gehäuse 13 der Axialturbi­ ne eingegangen:
Zunächst wird hierzu der einen geschlossenen Ring bildende Zwischenstu­ fendichtring 20 an der dem Scheibenzwischenraum 6 zugewandten Seite der Laufscheibe 8' angehängt, danach wird auf später noch näher erläuterte Weise die Laufscheibe 8' mit der Laufscheibe 8 über die Schraubverbindun­ gen 17 verbunden. Anschließend daran werden die Leitschaufeln 12 in die­ sen somit entstandenen, zumindest aus den beiden Laufscheiben 8, 8' be­ stehenden Rotor eingelegt und zwar werden die (ringförmig angeordneten) Leitschaufeln 17 nacheinander gegen Radialrichtung 16 nach innen aufge­ steckt, wobei die besagten Stege 18 in die zugeordneten gabelförmigen Auf­ nahmen 22a eingeführt werden. In diesen werden dann die Leitschaufeln 12 bezüglich des hinteren Dichtringelementes 22 auch im Zusammenwirken mit den Vierkantstiften 25 gehalten. Abschließend kann dieser vormontierte und mit den Leitschaufeln 12 versehene Rotor in das Gehäuse 13 in Axialrich­ tung 19 eingeführt werden.

Zurückkommend zur Abschirmfunktion des Zwischenstufendichtringes 20 bzw. genauer zur Abdichtfunktion des hinteren Dichtringelementes 22 be­ züglich des Scheibenzwischenraumes 6 gegenüber dem das Arbeitsgas füh­ renden Ringkanal 11 erkennt man auch an diesem Dichtringelement 22 ei­ nen geeigneten Vorsprung 23, der mit dem Schaufelfuß 1' zusammenwir­ kend einen Dichtungsspalt bildet, sowie einen nicht mit einer separaten Be­ zugsziffer versehenen U-förmigen Abschnitt des Dichtringelementes 22, in­ nerhalb dessen Anstreifdichtungen 22b vorgesehen sind, die mit geeignet gestalteten Dichtungsstegen 26, die an der Laufscheibe 8' vorgesehen sind, im Sinne einer optimalen Abdichtung zusammenwirken. Im übrigen sind in diesem hinteren Dichtringelement 22 ringförmig angeordnet mehrere Durch­ trittsbohrungen 22c vorgesehen, über welche die Kühlluft, die wie weiter oben erläutert wurde, aus der Austrittsöffnung 5 in den Scheibenzwischen­ raum 6 gelangt, hindurchtreten kann, um zur dem Scheibenzwischenraum 6 zugewandten Stirnseite der Laufscheibe 8' zu gelangen und von dieser aus (bspw. ähnlich wie bei der Laufscheibe 8) den Schaufeln 2 der Laufscheibe 8' zugeführt zu werden.

Dieser Zwischenstufendichtring 20 dient aber nicht nur der Abschirmung des Scheibenzwischenraumes 6 gegenüber dem Ringkanal 11, sondern kann vorteilhafterweise auch den aus der vorderen Laufscheibe 8 austretenden­ den Kühlluftstrom möglichst wirkungsgradoptimal und somit verlustarm zu den Durchtrittsbohrungen 22c im hinteren Dichtringelement 22 führen, durch welche hindurch dieser Kühlluftstrom dann zur Stirnseite der hinteren Lauf­ scheibe 8' gelangen kann. Dies ist insbesondere in den Ausführungsbei­ spielen nach den Fig. 2 und 3 realisiert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist hierzu das vordere Dichtringele­ ment 21 im Bereich seiner freien Stirnseite einen im wesentlichen L-förmigen Fortsatz 27 auf, dessen vertikaler Schenkel im wesentlichen parallel zur Laufscheibe 8 (und somit in Radialrichtung 16) verläuft, und an den sich ein im wesentlichen in Axialrichtung 19 verlaufender horizontaler Schenkel an­ schließt. Im Schnittpunkt der beiden Schenkel ist abermals ein Vorsprung 23 vorgesehen, der sich im wesentlichen in der Höhe der Austrittsöffnung 5 in der Laufscheibe 8 befindet, aus welcher der durch diese hindurchgeführte Kühlluftstrom wie bereits erläutert austritt. Durch seine Formgebung verhin­ dert dieser Vorsprung 23, daß ein Teil dieses Kühlluftstromes durch den Raum zwischen dem vertikalen Schenkel des Fortsatzes 27 und der Lauf­ scheibe 8 nach außen letztlich in den Ringkanal 11 abfließt. Vielmehr wird dieser Kühlluftstrom insbesondere durch den horizontalen Schenkel des Fortsatzes 27 bestmöglich zur hinteren Laufscheibe 8' bzw. genauer zu den über dem Umfang des hinteren Dichtringelementes 22 mehrfach vorhande­ nen Durchtrittsbohrungen 22c geführt, welche sich in Radialrichtung 16 be­ trachtet im wesentlichen in Höhe des freien Endes dieses horizontalen Schenkels des Fortsatzes 27 befinden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Fortsatz 27 kanalartig ausge­ bildet, bzw. genauer ist an den horizontalen Schenkel des abermals im we­ sentlichen L-förmigen Fortsatzes 27 über mehrere nicht mit einer separaten Bezugsziffer bezeichnete Stege eine zu diesem Schenkel im wesentlichen parallel verlaufende Wand angeformt, so daß hiermit ein im wesentlichen in Axialrichtung 19 verlaufender Strömungskanal 28 gebildet wird, in dem die Kühlluft wie durch Pfeile dargestellt eine Zwangsführung von der vorderen Laufscheibe 8 letztendlich zur dahinter angeordneten Laufscheibe 8' erfährt. Der linksseitige Anfangsbereich dieses Strömungskanales 28 ist dabei in Form eines an die Austrittsöffnungen 5 angepaßten Einlauftrichters ausge­ bildet.

Für dieses Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist in der nunmehr erläuterten Fig. 4 der bereits weiter oben kurz beschriebene Montagevorgang bzw. Zu­ sammenbau-Prozeß detaillierter dargestellt. Wie ersichtlich ist in diesem Zu­ stand der Zwischenstufendichtring 20 - allerdings in einer veränderten Konfi­ guration - vorhanden und quasi vorübergehend an der hinteren Laufscheibe 8' aufgehängt, die über die Schraubverbindung 17 in der figürlichen Darstel­ lung bereits mit der vorderen Laufscheibe 8 verbunden ist. Die Konfiguration des Zwischenstufendichtringes 20 ist dabei jedoch insofern verändert, als das vordere Dichtringelement 21 in Axialrichtung 19 zum hinteren Dichtring­ element 22 hin verschoben ist, d. h. die beiden Dichtringelemente 21, 22 umgreifen sich hierbei gewissermaßen bereichsweise. Die in Axialrichtung 19 gemessene Längserstreckung der dermaßen (d. h. in einer sog. Montage­ position) angeordneten Dichtringelemente 21, 22 ist nun erheblich geringer als diejenige der sich in der sog. Funktionsposition gemäß Fig. 3 befinden­ den Dichtringelemente 21, 22 bzw. des Zwischenstufendichtringes 20.

In der in Fig. 4 dargestellten Montageposition des Dichtringelementes 20, in welcher wie ersichtlich die Leitschaufeln 12 und somit auch der Leitschaufel­ kranz 12a noch nicht montiert sind bzw. ist, ist somit zwischen der linken Stirnseite des vorderen Dichtringelementes 21 und der Rückseite 1a der Schaufel(n) 1 ein ausreichender Freiraum vorhanden, über welchen ein mit dem Pfeil 29 verdeutlichter Zugang von außen zum radial innenliegenden Bereich der Laufscheiben 8, 8 möglich ist. Über diesen sog. Zugang 29 kann mittels eines geeigneten Werkzeuges die Schraubverbindung 17 zwi­ schen den beiden zueinander bereits vorpositionierten Laufscheiben 8, 8' hergestellt werden. Nach der Herstellung dieser Schraubverbindung 17 kann dann das vordere Dichtringelement 21 gegenüber dem hinteren Dichtring­ element 22 in Axialrichtung 19 und dabei entgegengerichtet zur Strömungs­ richtung 10 (nach links) verschoben werden, um seine in Fig. 3 dargestellte sog. Funktionsposition einzunehmen.

Nach Verschieben des vorderen Dichtringelementes 21 ausgehend von der in Fig. 4 dargestellten Montageposition in die sog. Funktionsposition nach Fig. 3 können nun im nächsten Schritt beim Zusammenbau des Rotors die­ ses Axialturbine (wie weiter oben bereits erwähnt wurde) die Leitschaufeln 12 in den Scheibenzwischenraum 6 eingelegt werden, womit auch der Leit­ schaufelkranz 12a aufgebaut wird. Bei diesem Montageschritt werden nun die bereits erwähnten Stege 18 des Leitschaufelkranzes 12a in die nunmehr (anders als beim Zustand nach Fig. 4) freiliegenden gabelförmigen Aufnah­ men 22a des hinteren Dichtringelementes 22 eingesteckt. Mit Abschluß die­ ses Montageschrittes ist somit der Zwischenstufendichtring 20 am Leit­ schaufelkranz 12a befestigt bzw. wird von diesem getragen. Dabei sei aus­ drücklich darauf hingewiesen, daß dieser soeben beschriebene Montage­ prozeß unabhängig von der detaillierten Ausgestaltung des vorderen Dicht­ ringelementes 21 ist, d. h. er kann so mit jedem der in den Fig. 1-3 dargestellten Dichtringelemente 21 durchgeführt werden.

Im folgenden wird nun beschrieben, auf welche Weise die beiden Dichtring­ elemente 21, 22 ihrerseits miteinander verbunden sind, da - wie soeben er­ läutert wurde - lediglich das hintere Dichtringelement 22 am Leitschaufel­ kranz 12a befestigt ist, während das vordere Dichtringelement 21 vom hinte­ ren Dichtringelement 22 getragen wird. Für diese Erläuterung wird neben Fig. 2 insbesondere auf die Fig. 5, 6 verwiesen.

Wie ersichtlich ist das vordere Dichtringelement 21 am hinteren Dichtring­ element 22 mittels eines Sicherungsringes 30 lösbar gehalten, wozu dieser Sicherungsring 30 in einer umlaufenden Nut 22d des letztgenannten Dichtringelementes 22 geführt ist und gleichzeitig in eine umlaufende Nut 21d des erstgenannten Dichtringelementes 21 eingreift. Der Sicherungsring 30 ist dabei kolbenringartig ausgebildet und weist zumindest einen in Radial­ richtung 16 verlaufenden Schlitz auf, welcher jedoch nicht figürlich darge­ stellt ist. Aufgrund dieses Schlitzes ist der Durchmesser dieses Sicherungs­ ringes 30 in einem gewissen Bereich veränderbar, wobei eine in diesen Si­ cherungsring 30 eingebrachte Vorspannung dafür sorgt, daß der Siche­ rungsring 30 ohne Vorhandensein zusätzlicher Elemente danach trachtet, mit kleinstmöglichem Durchmesser im wesentlichen vollständig in der Nut 22d versenkt zu liegen.

Vorgesehen sind desweiteren mehrere (zumindest zwei) über dem Umfang des Zwischenstufendichtringes 20 verteilt angeordnete Halteklammern 31, durch die der Sicherungsring 30 letztlich in seiner radialen Außenposition gehalten wird, d. h. in einer solchen Position, daß er sowohl in die Nut 22d als auch in die Nut 21d eingreift. In dieser in den Fig. 2, 5, 6 dargestellten Position fixiert der Sicherungsring 30 dabei die beiden Dichtringelemente 21, 22 relativ zueinander. Die den Sicherungsring 30 in dieser figürlich dargestellten Position haltenden Halteklammern 31 weisen dabei einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf und sind wie ersichtlich in Aussparungen 22e des Dichtringelementes 22 eingesetzt, wo­ bei sie sich am Steg 18 des montierten Leitschaufelkranzes 12a abstützen und das andere, vordere Dichtringelement 21 umgreifen, vgl. insbesondere Fig. 5. In der Perspektivdarstellung von Fig. 6 ist dabei lediglich die obere (bzw. hintere) Halteklammer 31 im montierten Zustand dargestellt, während die vordere (bzw. weiter unten liegende) Halteklammer 31 quasi freischwebend im Raum liegt und noch in der zugeordneten Aussparung 22e montiert werden muß.

Für eine Befestigung des vorderen Dichtringelementes 21 am hinteren Dichtringelement 22 ausgehend von der in Fig. 4 dargestellten sog. Montageposition zur Erzielung der in den Fig. 2, 3, 5, 6 dargestellten sog. Funktionsposition ist somit der Sicherungsring 30 zunächst vollständig in der Nut 22e des hinteren Dichtringelementes 22 versenkt, wobei die Halteklammern 31 selbstverständlich noch nicht montiert sind. Daraufhin wird das vordere Dichtringelement 21 bspw. mittels elektrischer Heizbänder erwärmt, um die ansonsten vorliegende Preßpassung zwischen diesem sowie dem hinteren Dichtringelement 22 zu lösen. Daraufhin kann das vordere Dichtringelement 21 gegenüber dem hinteren Dichtringelement 22 in Axialrichtung 19 verschoben und in die (gewünschte) Funktionsposition gebracht werden. Anschließend werden die Halteklammern 31 montiert, wodurch der Sicherungsring 30 in seine figürlich dargestellte Position gebracht und in dieser gehalten wird. Abschließend wird, wie bereits weiter oben beschrieben wurde, der Leitschaufelkranz 12a (bzw. die Leitschaufeln 12) montiert. Wie insbesondere Fig. 5 zeigt, bildet der Steg 18 des Leitschaufelkranzes 12a dabei gleichzeitig eine axiale Verliersicherung für die Halteklammern 31.

Die Halteklammern 31 dienen somit als Umfangssicherung zur form­ schlüssigen Positionierung der beiden Dichtringelemente 21, 22 zueinander durch den Sicherungsring 30. Dieser kann abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel im übrigen auch zweiteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Ferner können eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstrukti­ ver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Stets wird auf die beschriebene Weise trotz der engen Platzverhältnisse eine einfache Monta­ ge der Dichtringelemente 21, 22 ermöglicht, dabei können diese temporär axial ineinander verschoben werden, bspw. auch zur Demontage derselben. Die ohne zusätzliche Befestigungspunkte an den Leitkranzsegmenten 12a ausgefegte Konstruktion läßt desweiteren ein geringeres Gewicht, günstigere Fertigungsmöglichkeiten und wie beschrieben insbesondere auch nur äu­ ßerst geringe bzw. nahezu keine Leckageströmungen zu.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' Schaufelfuß der Schaufel

2

bzw.

2

'

1

a Rückseite von

1

(in Strömungsrichtung

10

betrachtet)

2

,

2

' Schaufel (der Stufe I bzw. der Stufe II der Hochdruck-Axialturbine)

3

,

3

' Schließplatte der Laufscheibe

8

bzw.

8

'

4

Kühlluftkanal

5

Austrittsöffnung von

4

6

Scheibenzwischenraum

8

,

8

' Laufscheibe (der Stufe I bzw. der Stufe II der Hochdruck-Axialturbine)

8

a vordere Stirnseite von

8

10

Strömungsrichtung des Arbeitsgases in

11

11

Ringkanal für das Arbeitsgas

12

Leitschaufel

12

a Leitschaufelkranz

13

Gehäuse der Hochdruck-Axialturbine

14

Rotationsachse

15

Versorgungskanal

16

Radialrichtung

17

Schraubverbindung (zwischen

8

und

8

')

18

Steg (von

12

a abstehend, in

22

a hineinragend)

19

Axialrichtung

20

Zwischenstufendichtring

21

vorderes Dichtringelement (von

20

)

21

d umlaufende Nut (für

30

)

22

hinteres Dichtringelement (von

20

)

22

a gabelförmige Aufnahme

22

b Anstreifdichtung

22

c Durchtrittsbohrung

22

d umlaufende Nut (für

30

)

22

e Aussparung (zur Aufnahme von

31

)

23

Vorsprung (an

21

,

22

)

24

finnenartiger Vorsprung (an

12

a)

25

Vierkantstift

26

Dichtungssteg(e) (an

8

')

27

Fortsatz (an

21

)

28

Strömungskanal (in

27

)

29

Zugang (Pfeil)

30

Sicherungsring

31

Halteklammer

Claims (8)

1. Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine einer Gasturbine, insbeson­ dere einer Flug-Gasturbine, wobei ein Kühlluftstrom durch eine vorde­ re Laufscheibe (8) zur dahinter liegenden Laufscheibe (8') geführt wird und wobei zwischen diesen Laufscheiben (8, 8') ein in Axialrichtung (19) geteilter Zwischenstufendichtring (20) vorgesehen ist, der am in diesem Scheibenzwischenraum (6) vorgesehenen Leitschaufelkranz (12a) befestigt ist, und wobei Dichtringelemente (21, 22) des Zwi­ schenstufendichtringes (20) lösbar miteinander verbunden sind und bei Lösung dieser Verbindung sowie bei nicht montiertem Leitschau­ felkranz (12a) gegeneinander im wesentlichen in Axialrichtung (19) verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Dichtringelemente (21) am anderen Dichtringelement (22) mittels eines Sicherungsringes (30) lösbar gehalten ist, wozu dieser Sicherungsring (30) in einer umlaufenden Nut (22d) des letztgenannten Dichtringelementes (22) geführt ist und in eine umlaufende Nut (21d) des erstgenannten Dichtringelementes (21) eingreift.

2. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur das in Axialrichtung (19) hintere Dichtringelement (22) am Leitschaufelkranz (12a) befestigt ist.

3. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (30) kolbenringartig ausgebildet ist und zumindest einen in Radialrichtung (16) verlaufen­ den Schlitz aufweist.

4. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsring (30) durch zumin­ dest zwei Halteklammern (31) in radialer Außenposition gehalten wird.

5. Zwei- oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die in Aussparungen (22e) eines der Dichtringelemente (22) eingesetzten Halteklammern (31) an ei­ nem Steg (18) des montierten Leitschaufelkranzes (12a) abstützen und einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen und das andere Dichtringelement (21) umgreifen.

6. Zweistufige oder mehrstufige Axiafturbine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenstufendichtring (20) ge­ eignet ausgebildete Vorsprünge (23) oder dgl. aufweist, die mit dem Leitschaufelkranz (12a) oder mit einer Laufscheibe (8, 8') einen Dich­ tungsspalt bilden.

7. Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Dichtringelemente (21) mit einem Fortsatz (27) versehen ist, der einen aus der vorderen Laufscheibe (8) austretenden Kühlluftstrom zur dahinterliegenden Laufscheibe (8') führt.

8. Zweistufige oder mehrstufige Axialturbine nach einem der vorange­ gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kühlluftstrom führende Fortsatz (27) kanalartig ausgebildet ist.