DE3018621A1 - Aussengehaeuse fuer axialverdichter oder -turbinen von stroemungsmaschinen - Google Patents
Aussengehaeuse fuer axialverdichter oder -turbinen von stroemungsmaschinenInfo
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Description
. MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNiQii — " ,;
München, den 12. Mai:1980
.
Außengehäuse für Axialverdichter oder
-turbinen von Strömungsmaschinen "."._■- .
•^ Die Erfindung bezieht sich auf ein Außengehäuse für
Axialverdichter oder -turbinen von Strömungsmaschinen,
insbesondere Gasturbinentriebwerken, welches unter Einschluß von Luftkammern doppelwandig ausgebildet
ist.
20
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Hierbei geht es primär um die Schaffung einer· die
auftretenden thermischen Einflüsse kompensierenden Gehäusekonzeption.
Der Nutzen-einer-wirksamen Gehäuse-*
kompensation besteht"darin» daß an thermisch beauf-
schlagten Statorgehäusen eine kontrollierte radiale Ausdehnung und Schrumpfung stattfindet und somit das
Radialspaltverhalten zwischen Rotor und Stator positiv
beeinflußt wird.
Bereits bekannte Kompensationsausführungen, die-z.B.
aus einem segmentierten Innenring einer Hakenzentrierung
und einem Kontrollring bestehen, weisen
insbesondere durch das Verklemmen der Haken erhebliche
FunktionsmängeT auf,deren Ursache die im Betrieb auftretenden Segmentverformungen sind. Diese
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Lösung hat zudem den Nachteil, daß wichtige
Bauelemente wie die Hakenzentrierung und die
Segmentabdichtung jeweils an den Stoßstellen verschleißbehaftet sind und sich damit das
Kompensationsverhalten mit zunehmender Laufzeit
verschleehtern kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgäbe zugrunde, im
^O Rahmen der dargestellten Probleme'die Nachteil e der
Kompensationsaüsführung. in Segmentbauweise und Haken^ '
zentrierung zu beseitigen und ein Außengehäuse zu schaffen, welches bei einem gleichzeitig verhältnismäßig einfachen und verschTe.ißarmen Aufbau insbe-
^ sondere im Hinblick auf schroffe Lastwechsel der betreffenden Strömungsmaschine ein optimales Κοηϊρεη-sationsverhalten
im Interesse eines geringen und möglichst konstanten Schaufel spitzenspiel s ge-
wöhrleistet.
20
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung im
.wesentlichen eine integrale Gehäuseversion vor, die . hauptsächlich aus einem doppelwandigen Ring,.den
dazwischen liegenden radialen Abstützungen und den
Luftkammern bestehen, soll.
Erfindungsgemäß können diese Abstützungen ferner
vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt
und in ihrer Mitte, von der Ringinnenwand, ausgehend,
30
spaltförmig ausgespart sein,-um eine kontrollierte»
radiale Temperaturausdehnung durch eine möglichst
verschleißlose Umfangsdehnung zu gewährleisten. Für
-die Funktion dieser Erfindung stellen die radialen
Stützelemente einen Schwerpunkt dar, sie werden bei
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Temperatureinwirkung, die vorwiegend an der
Innenwand auftritt, durch ihre Längenänderung; auf Druck oder Zug und durch die Umfangsdehnuncj
der Innenwand auf Biegung belastet.
Parameter für eine optimale Formgebung und Anzahl
der Zwischenstege und deren Aussparungen können
durch eine gute Temperaturabschätzung und
'" Festigkeitsbetrachtung ermittelt werden. Sie
stehen in direkter Beziehung zu den im Betrieb
■ ·. tatsächlich vorhandenen radialen und tangentialen
Gehäusedehnungen und den damit verbundenen Biege-
und Druckbelastungen.
15
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Das optimale Massenverhältnis zwischen Ihnen- und
Außenwand wäre in der gleichen Art und Weise zu definieren.
An den axialen Enden und äußeren Randzonen des integralen
Ringes sind rein konstruktive Maßnahmen notwendig, um den Wärmeübergang an den Luftkammern
und der Kontrollmas'se zu verringern. Die hierzu
• vorgesehenen Abdichtungen bzw. Abdeckungen sollen
die Stützelemente und den inneren Ring in ihrer
Funktion möglichst nicht beeinträchtigen..
Treten Betriebsfälle mit relativ holien Temperaturgradienten
auf, so kann erfindungsgemäß an der 30
inneren Randzone der Wärmeübergang durch eine zusätzliche,
hierfür geeignete Wärmeisolierschicht verkleinert werden.
Dieses dargestellte Gesamtsystem eines integralen
Gehäuses bedarf einer sorgfältigen radialen Zentrierung als auch axialen Fixierung, wobei
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}'^,^i^mΐ"5:":::^.ν;'/-"" -"- ■.:■■■■■: -■ -/301862I
-dtW Verbindungselemente zu den benachbarten
:--. >> Gehäuse>tu;fen:zweckmäßiger Weise" je nach An-
wendüngsfatl unterschiedlich ausgeführt werden
■■"".- : sollten. " '- : .. -."·..'
-"·"-.;-■ Ein AusfÜrhLtngsbet-spiel der Erfindung ist nachfolgend
in'-.'dein Zeichrmngen dargestent; es zeigen:
v ; Hg· I ; die Teil ansicht eines erfindungs-
"_--"-"■- _-.":"" gemäßen, integralen, doppelwandigen
^; ;;./:" ;; " &ehäus.eringes,
-; - / Figt 2 ein Gehäusjarihgausschnitt nach
■■; ;. ."-■;... ■■:... ^ v; .- Einzelheit II der Fig. 1 in ver-
: \?;Γ C >
Γ; .; gräi3ertem Maßstab, "-■-..-"
F.ig, 3\ einen Schnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΙΙΊ
""·"--".:,-: : der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab
:; ■ ;."";"""■ "■■■"■■''i-ig;^"-4->-_ ■ ein\e^\L;angss.ch.n"itt-einer aus zwei je-
.; - \. .-■;v ;: -Γ.";-■ ■ ■;"_:.--: ;! we i 1 s i η teg ral en Gehäusebauteilen be-
_ : .; ".;.--·-..";; ν; -stehenden Gehäusepartie 'für einen mehr-.";
Γ".-;: :. ; ■;,"■ : - stufigen Axialverdichter eines Tür-·
Ζ; '--.:■-..; v:: binenstrahl triebwerkes.
-A ".-'■";■ Das; ti opp el wandige, integrale Gehäusebauteil nach
30 Fig.:1 besteht aus einem Außenring 3 und einem
--."■--■■;. ,Innenring 5, die durch dünnwandige radiale Zwischen-■"-".-_"
ν Stege ;2; yerbuaden sind. Die freien Luftkammern 4
-AAA: : ; zwisehenί den Stegen Z dienen hauptsächlich zur
; Verringerung des Wärmeübergangs zwisehen Innen-
und Außenring;- Dadurch kann, die radiale
Temperaturausdehnuhg und -schrumpfung am Außenring
3 verzögert und damit eine Element zur Kontrolle der radialen Dehnung am Innehfing 5.über
die Stege 2 werden. ...
In Fig. 2 und S wird das Kompensationsprirvzip und
dessen zeit]icher Ablauf in folgenden Schritten
dargestellt:
Bei Erwärmung wird der Innenring 5 kurzzeitig in
seiner radialen Ausgangslage gehalten, bewegt sich
dann mit zunehmender Erwärmung der Stege 2 ura den
Anteil der Längendehnung 8 radial nach innen und
erfährt erst bei Temperatufeinwirkung auf den Außenbzw.
Kontrollring 3 eine radiale Bewegung nach
außen, die in etwa dem. Anteil der radialen Temperaturdehnung des Außenringes 3 entspricht.
.
Die Größe der radialen Dehnungsdiffernez zwischen
Innenring 5 und Außenring 3, hervorgerufen durch
eine optimale Formgebung der Stege 2, ist ein Faktor
für die Wirksamkeit der Kompensation. Dieser Faktor
ist zugleich ein Maß zur .Ermittlung-des tangential
en Dehnungsanteils -9 am innenring 5, der durch
eine sinnvolle Dimensionierung der Spaltbreite 7 und Gestaltung der Rad;iabspalte 1 bei zugleich ausreichender
InnenringaufteTlung 6 gewährleistet, wird.
Bei einer Abkühlung des Innenrings 5 läuft dieser dargestellte Prozeß jeweils in umgekehrter radialer
und tangential er Richtung ab. Erwähnenswert er- ·· scheint hier die kurzzeitige Radiuszunahrn.e des \
.
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Innenrings5, bedingt durch das Zusammenziehen
der Stege 2 bei Temperaturabnahme. Für.den Anwendungsfall
bei einem Strahltriebwerk stellt dies eineii positiven Einfluß dar, da bei einer
schnellen Abkühlung bzw. Verzögerung des Triebwerks dadurch das Spaltverhalten zwischen Rotorschaufeln
und Statorgehäuse verbessert werden kann.
]0 Trotzdem soll te der Vorgang der Temperaturabnahme
bei der Dimensionieruns aller hierzu notwendigen Bauelemente mit einbezogen werden.
Fig. 4 verkörpert eine konstruktive Gestaltungsmöglichkeit
für das Außengehäuse 10 eines mehrstufigen Axialverdichters eines Gasturbinenstrahltriebwerkes.
Hierbei kann beispielsweise mindestens
ein τ im Längsschnitt gesehen - im wesentlichen
T-förmig profiliertes sowie ferner ringförmig aufgebautes
Verbindungselement 11 für die axiale - 12 und radiale-13 - Gehäusezentrierung bzw. -abstützung
vorgesehen sein. Dabei ruht ein radial vorstehender
Umfangswandabschnitt 14 des Verbindungselements 11
in einer stirnseitigen Ausnehmung des vornehmlich außenringseitigen Bereiches eines Bauteils und grenzt
andererseits unmittelbar an einen Dichtkörper 15 an. Die integralen Bauteile können mittels Paß-Bolzen
verschraubt sein, die die jeweiligen Außenringe 3,
. Dichtkörper 15 sowie die radialen Wandabschnitte 14"" · der Verbindungselement« 11 in Axrichtung - entlang
der Linie 1/6 - durchsetzen sollen.
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12.05.
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Gemäß Fig. 4 kann ferner jeder Irinenring 5
eines integralen Bauteils auf-der. dem ""Verdichter-'
oder Turbinenkanal zugekehrten Seite eine .Wärmeisolierung 17 aufweisen, die vorzugsweise mit einem
Einlaufbelag für die daran angrenzenden Spitzen tier
Laufschaufeln 18 der betreffenden Turbine kombiniert
sein kann. Diese Isolierung 17 kann ferner aus einem
keramischen Werkstoff gefertigt sein. ·
Wie weiter azs Fig. 4 hervorgeht, kann das Außengehäuse
10 an der jeweiligen gehäuseinnenseitigen
Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten inte-,_
gralen Bauteilen als Leitschaufel träger, beispielsweise
in Form einer Umfangsnut 19 für die betreffenden Lauf sxhauf el fuße, ausgebildet sein.
Gemäß Fig. 4 wird ferner an der jeweiligen gehäuse- ««' innenseitfgen: Verbindungsstell e zwischen den beiden
benachbarten integralen Bauteilen anhand einer ringförmigen Flanschverbindung 20 eine radiale Zentrierung
und zugleich radiale Abdichtung der be- . treffenden Luftkammerri 4 zum Turbinen- bzw.. Verdichterkanal
geschaffen.
Zum Thema Gehäusewerkstoff und Herstellungsverfahren
sei noch bemerkt, daß zu den gewählten Einsatzgebieten
und den entsprechenden betrieblichen Möglichkeiten
die jeweilig sinnvollsten Werkstoffe und Verfahren verwendet werden -sollten.
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35'.., 12,05.1930
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Öle züitr IVUßjBflgehgüse gehOrigen integralen
&aü-teiie: koftifiten beArofzugt ζ,Β* aus einer hoch- '
■ «■■"■; V/äfmf^sten Ni-Basislegierung gefertigt
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L e θ r s e 11 e
Claims (7)
- ■'■ - :■■ 3011121GMBHMünchen, deri 12. Mai 1980P a te η ta ii s ρ r ü ehe•j^ 1. Äußengehäuse für Axialverdichter oder -turbinen von-Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen-" ; triebwerken,.welches unter Einschluß von Luft-, jammerndoppelwandig ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: ■20 "■■■".■ -V^-:: - _;;-:;;; ' - .■■■-■a) Das Äußengehäuse (10) ist aus integralen, ringförmigen Bauteilen zusammengesetzt, deren je-"■-":"" ■;....-..'"-. v/eiliger Innenring (5) durch radiale Zwischen-V λ Stege (2) fest mit. dem Außenring (3) verbunden.-■.·.-." b-) anhand der^ Zwischenstege (2) sind mehrere in ":'- -v Umfangsrichtung voneinander getrennte sowievorzugsweise gleichförmig verteilte Luft-30 "kammern '(4) gebildet;c) von der Gehäuseinnenwand ausgehend, weisen die Zwischenstege [Z) sich jeweils mittig zwischen ' zwei benachbarteTi Luftkaramern (4) erstreckende, 35 gegen den betreffenden Verdichter- bzw. Turbinenk anal geöffnete Radial spalte (I)-auf.. -
- 2. Außengehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekenn-zeichnet, daß für die gleichzeitig sei tiiche sowie axiale. Abdichtung 4er Luftkammern (4) und Abdeckung der Radiulspalte (1) in ümfangs-, richtung verlaufende Dichtkörper (15} (-bleche bzw. -manschetten) zwischen jeweils zv/ei in Achsrichtung fluchtend miteinander verbundenen, integralen Bauteilen angeordnet sind.
- 3. Außengehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß - im Längsschnitt gesehen - im wesentlichen T-förmig profiliertes sowie ferner ringförmig aufgebaute Verbindungselemente (11) für die axiale Gehäusefixierung und radiale Zentrierung vorgesehen sind, deren jeweils radial Vorstehender Umfangswan-d abschnitt (14) in" einer stirnseitigen Ausnehmung" des vornehmlich außenringseitigen Bereichs eines Bauteils* ruht und andererseits unmittelbar an den Dichtkörper (15) angrenzt, wobei die integralen Bauteile mittels Paß-Bolzen verschraubt sind, die die jev/eil igen Außenringe (3), Dichtkörper (15) und radialen Wandabsehnitte (14) der Verbindungselemente in Axrichtung durchsetzen.
- 4. Außengehäuse nach den Ansprüchen 1, 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Innenring- (5) eines integralen Bauteils auf der dem Turbinenoder Verdichterkanal zugekehrten Seite eine Wärmeisolierung (17) aufweist, die vorzugsweise mit einem Einlaufbelag für die Laufschaufel spitzen der betreffenden Turbine oder d«s Verdichters kombiniert ist.T-63312.05.1980 -1300 49/002S30186
- 5. Außengehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (17) aus einem keramischen Werkstoff gefertigt ist.
- 6. Außengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es an der jeweiligen gehäuseinnenseitigen Verbindungsstelle zwischen zwei-.benachbarten" integralen Bauteilen als.10 Leitschaufel träger, beispielsweise in Form einer Umfangsnut (19) für die betreffenden Leitschaufelfüße, ausgebildet ist.
- 7. Außengehäuse nach den Ansprüchen 1 bis 6, da-'"** durch gekennzeichnet, daß an der jeweiligen gehäuseinnenseitigen Verbindungsstelle zwischen zwei benachbarten integralen Bauteilen durch "eine ringförmige Flanschverbindung(20) eine radiale Zentrierung und zugleich radiale Abdichtung des. Innenraums, "bzw. der betreffenden Luftkammern(4) zum Verdichter- oder Turbinenkanal gegeben . "ist. . .T-633
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |