DE3320190A1

DE3320190A1 - Lastverteilervorrichtung, insbesondere fuer die turbine eines gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE3320190A1
Application number: DE19833320190
Authority: DE
Inventors: George Stanton-By-Bridge Derby Pask
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1983-12-15
Also published as: JPS642773B2; FR2528494A1; GB2121885A; DE3320190C2; FR2528494B1; JPS593102A; US4521159A; GB2121885B

Description

Lastverteilervorrichtung₃ insbesondere für die Turbine eines Gasturbinentriebwerks

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lastverteilervorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Verteilung von Strömungsmittelbelastungen.

Es ist in gewissen Fällen erforderlich, eine Lastverteilervorrichtung in Gestalt einer allgemein ringförmigen Membran zwischen Bereichen hohen und niedrigen Druckes vorzusehen. Dabei wird der äußere Umfang der Membran-an einem ersten Träger und der innere Umfang an einem zweiten Träger festgelegt. Die Anordnung ist derart, daß der Druckabfall über der Membran eine Belastung erzeugt, die zwischen erstem und zweitem Träger auftritt.

Die Verteilung der Belastung der Membran auf die Träger wird .durch die Geometrie verschiedener, hiermit zusammenwirkender Bauteile bestimmt. Daraus folgt» daß unter gewissen Bedingungen Lasten durch die Membran auf einen Träger übertragen werden können, die es erforderlich machen, diesen Träger größer und damit schwerer zu gestalten als dies erwünscht ist, während die belastungen, die auf den anderen Träger durch die Membran übertragen werden, geringer sind als jene Belastungen, denen dieser Träger standhalten kann. Infolgedessen werden die Träger wahrscheinlich schwerer gestaltet als dies tatsächlich erforderlich wäre, wenn ihre kombinierten Lastträgerfähigkeiten mit der Gesarntlast verglichen werden, die durch die Membran ausgeübt wird.

Ein weiteres Problem ist mit den Richtungen der Belastungen verknüpft, die auf die Träger ausgeübt werden. Demgemäß müssen die Träger oft größer und demgemäß schwerer hergestellt werden als dies der Fall sein würde, wenn die Belastungen auf sie von unterschiedlichen Richtungen herrühren würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lastverteilervorrichtung zwischen einem Hochdruck- und einem Niederdruckbereich zu schaffen, die in der Lage ist, sowohl Größe als auch Richtung der Belastungen zu verteilen, die auf einen oder mehrere Träger ausgeübt werden, wobei die Verteilung in vorbestimmter Weise erfolgt.

Die Erfindung geht aus von einer Lastverteilervorrichtung , die im Betrieb zwischen zwei Bereichen von hohem bzw. niedrigem Strömungsmitteldruck angeordnet ist, und eine ringförmige Membran mit zwei kreisförmigen Rändern aufweist und löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß nach Einfügung der Membran zwischen die beiden Bereiche von Hochdruck und Niederdruck diese die allgemeine Form eines Teils eines vollständigen dünnwandigen Toroiden aufweist, der als Fläche des Umdrehungskörpers einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, daß die Achse (14) des Tei1-Toroiden koaxial zu den Achsen der ringförmigen Ränder verläuft, daß ein erster bzw. zweiter Ringkörper an den jeweiligen kreisförmigen Rändern angreift, um die radialen Spannungen so zu begrenzen, daß die Radialkomponenten der Kräfte, die auf die Ringkörper durch die Membran als Ergebnis der Strömungsmitteldrucke zwischen Niederdruckbereich und Hochdruckbereich ausgeübt werden, durch

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die Ringkörper als Ringspannungen absorbiert werden, und daß Träger vorhanden sind, um axiale Kraftkomponenten, die auf wenigstens einen Ringkörper durch die Membran ausgeübt werden, abzustützen, wobei die Verteilung von Größe und Richtung der auf die Ringkörper ausgeübten Äxiaikräfte durch die Gestalt des Tei1-Toroiden der Membran vorbestimmt ist.

Die Ringmembran kann eine soiche Teiltorusgestait aufweisen, daß einer der Ringränder an einer solchen Stelle liegt, daß die von der Membran auf den Ringkörper ausgeübten Kräfte allein radial verlaufen, während der andere ringförmige Rand an einer solchen Stelle liegen kann, daß die Kräfte, die von der Membran auf den Ring ausgeübt werden, sowohl radiale als auch axiale Komponenten aufweisen.

Einer der Ringkörper kann ein Element einer ringförmigen Strömungsmitteldichtung tragen, deren anderes Element von einem entfernten Bauteil getragen wird. Die Ausbildung des Tei1-Toroides kann derart sein, daß der Ringkörper, der das Strömungsmitteldichtungselement trägt, so angeordnet ist, daß jede Axialauslenkung des Dichtungselementes infolge von Kräften, die auf den Ring durch die Membran ausgeübt werden, vermindert wird.

Zwei der ringförmigen Membranen können gemeinsam miteinander benutzt werden, um eine Kammer zu definieren, die im Betrieb zwischen den Bereichen von Hochdruck und Niederdruck liegt, wobei das Innere der Kammer in Verbindung mit einem Bereich steht, in dem das Strömungs mittel einen Druck aufweist, der höher ist als der Druck

des Strömungsmittels im Hochdruck- bzw. im Niederdruckbereich, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß Größe und Richtung der Axialkomponenten der Kräfte, die auf den Träger durch die an der Ringmembran angreifenden Ringkörpern ausgeübt werden, zwischen den Ringkörpern in einer Weise verteilt werden, die durch die Ausbildung der Tei1-Toroidgestalt der Ringmembranen vorbestimmt ist.

Die Tei1-Toroidringmembranen können auf jeder Seite einer Lagerträgerplatte angeordnet sein, die einen Teil der Turbine eines Gasturbinentriebwerks darstellt, und zwar derart, daß wenigstens teilweise die Lagerträgerplatte eingeschlossen wird und koaxial zur Längsachse der Turbine verläuft. Diese Lagerplatte besitzt Speichen, die durch Radialkanäle innerhalb von Leitschaufeln hindurchstehen, die in der Turbine angeordnet sind und am Gehäuse der Turbine angreifen. Die radial inneren Ringe der Membranen sind an den radial inneren Bereichen der Lagerträgerplatte befestigt, während die radial äußeren Bereiche der Membranen an den radial inneren Bereichen der Leitschaufeln befestigt sind, so daß die Belastungen, die auf die Membranen als Folge der Druckdifferenzen zwischen den beiden Bereichen unterschiedlichen Drucks ausgeübt werden, zwischen der Lagerplatte und den Leitschaufeln in der Weise verteilt werden, wie es durch die Ausbildung der Tei1-Toroidgestalt der Membranen vorausbestimmt ist.

Die Ringkörper können einstückig mit den zugeordneten Ringmembranen hergestellt sein.

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Nachstehend werden Äusführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine Schnittansicht eines dünnwandigen Toroiden mit kreisförmiger Umlauf querschnittsflache;

Fig. 2 eine Ansicht des in Fig„ 1 dargestellten Toroiden,, von dem ein Teil entfernt ist;

Fig. 3 eine Ansicht des TeiIs-Toroiden gemäß Fig. 2, wobei Ringkörper am Rande angeordnet sind ;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines Tei1-Toroiden

gemäß einer gegenüber Fig» 3 abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht eines Teil-Toroiden einer gegenüber Fig. 3 abgewandelten Ausführungsform;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Teils eines Gasturbinentriebwerks, das eine Last-. verteilervorrichtung gemäß der Erfindung aufweist;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines weiteren Teils eines Gasturbinentriebwerks,.das zwei Lastverteilervorrichtungen gemäß der Erfindung aufweist.

Figur 1 zeigt einen dünnwandigen hohlen Toroiden 10, der eine kreisförmige Umdrehungsquerschnittsfläche aufweist und der in Längsrichtung geschnitten dargestellt ist, damit der innere Aufbau erkennbar wird. Der Toroid und die Tei1-Toroide, die in der Zeichnung dargestellt sind, wurden im Längsschnitt dargestellt. Dies soll jedoch nur zur Illustration ihres Gesamtaufbaus dienen und der Toroid und sämtliche Tei1-Toroide, die in den Figuren dargestellt sind, sind sämtlich ringförmig ausgebildet.

Wenn der Toroid durch ein Strömungsmittel so unter Druck gesetzt wird, daß der Bereich P₁ im Inneren unter einem höheren Druck steht als der Bereich P₂ außerhalb hiervon, dann sind alle Spannungen in der Wand des Toroiden Ringspannungen. Wenn die Kräfte an willkürlich herausgegriffenen Punkten C und D auf der Oberfläche des Toroiden betrachtet werden, dann verlaufen diese Kräfte tangential in der durch die Pfeile angegebenen Richtung.

Wenn dann der Toroid 10 längs der Schnittlinie A-A und B-B senkrecht zur Achse 14 des Toroiden 10 geschnitten wird, wobei die Schnittlinie durch C und D hindurchgeht, dann erscheint der resultierende Teil-Toroid als Ringmembran 11, wie in Fig. 2 dargestellt. Demgemäß hat die Membran 11 zwei Ringränder 12 und 13, die jeweils koaxial zur Achse 14 der Membran 11 verlaufen.

Wenn man annimmt, daß noch immer eine Druckdifferenz zwischen den Bereichen P. und P₂ besteht, dann sucht sich die Membran 11 als Ergebnis der Freigabe der

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Ringspannungen innerhalb der Wandung des Toroiden 10 zu verzerren. Die Kräfte an den Ringrändern 11 und 12 besitzen nunmehr sowohl axiale als auch radiale Komponenten 12a und 12b sowie 13a und 13b=

Dieser Tendenz die Membran zu verzerren, wird durch befestigte Ringkörper 15 und 16 entgegengewirkt, die an den Rändern 12 bzw. 13 befestigt sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Die Ringkörper 15 und 16 bewirken eine radiale Verstärkung der Ränder 12 und 13, indem sie als Ringspannungen die Radialkomponenten der Kräfte absorbieren, die durch die Membran 11 ausgeübt werden. Die Axialkomponenten der Kräfte, die durch die Membran 11 ausgeübt werden, führen jedoch dazu, daß in den Ringkörpern 15 und 16 Axialkräfte in Richtungen ausgeübt werden, die durch die Pfeile 17 und 18 gekennzeichnet sind. Wenn demgemäß die Ringe 15 und 16 an dem festen, nicht dargestellten Träger verankert sind, dann sind die Kräfte, die auf jene Träger ausgeübt werden, rein axiale Kräfte.

Wenn der Teil-Toroid 11 gemäß Fig „ 3 nominell radial längs einer Umfangslinie 19 unterteilt wird, die den gleichen radialen Abstand von der Teil-Torusachse 14 hat, wie der Mittelpunkt 20 der Umdrehungsfläche des vollständigen Toroiden 10, dann werden radial innere und äußere ringförmige koaxiale Tel 1-Toroidabschnitte 21 und 22 definiert. Nun ist die Axialkraft, die durch den radial äußeren Ringkörper 15 ausgeübt wird, proportional zu der projizieren Oberfläche des Teil-Toroiden 11, die sich vom Ringkörper 15 nach der Umfangslinie 19 erstreckt, d.h. die Fläche E. In gleicher Weise ist die Axialkraft, die durch den radial inneren Ring

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ausgeübt wird, proportional zu der projizierten Oberfläche des Tei1-Toroiden 11, die sich vom Ringkörper 16 nach der Umfangslinie 19 erstreckt, d.h. die Fläche F. Daraus folgt, daß durch geeignete Wahl der Radialpositionierung der Ränder 12 und 13 und demgemäß der Ringkörper 15 und 16 und des Mittelpunktes 20 die Lastverteilung zwischen den Ringkörpern 15 und 16 und der Axialbelastung, die dadurch ausgeübt wird, geändert werden kann. Infolgedessen ist es die Konfiguration der Tei1-Toroidgestalt der Membran 11, die die Lage der Ränder 12 und 13 und demgemäß die Verteilung der Axialbelastungen bestimmt, die durch die Ringkörper 15 und 16 ausgeübt werden.

In Figur 4 ist eine weitere Membran 11 der Teil-Toroid-Bauart dargestellt, die zwischen Bereiche P. und P₂ mit hohem bzw. niedrigem Strömungsmitteldruck geschaltet sind. In diesem speziellen Fall liegt der radial äußere Ringkörper 15 auf der Umfangslinie 19, die den gleichen radialen Abstand von der Toroidachse 14 besitzt wie der Mittelpunkt 20 der Umdrehungsfläche des vollständigen Toroiden 10. Da dies so ist, verlaufen sämtliche Kräfte, die durch die Membran 11 auf den radial äußeren Ringkörper 15 ausgeübt werden, radial und werden daher durch den Ringkörper 15 als Ringspannungen absorbiert. Es treten daher keine Radialkräfte auf den Ringkörper 15 auf. In gleicher Weise wirken keine Radialkräfte auf den Ring 16 ein. Sämtliche Axialkräfte werden durch den radial inneren Ringkörper 16 in Richtung der Pfeile 18 ausgeübt, und sämtliche Radialkräfte befinden sich auf dem Ring 15.

Eine weitere Membran 11 der TeiI-Toroid-Bauart, die zwischen Regionen P. und P₂ von Hochdruck- und Niederdruck-Strömungsmitteln eingefügt ist, zeigt Figur 5. Die Membran 11 ist in diesem speziellen Fall wiederum als Teil-Toroid ausgebildet, aber sie wird von einem anderen Abschnitt eines kompletten Toroiden als die Teil-Toroide gemäß Fig. 3 und 4 gebildet. Dies bedeutet, daß die Kraft, die durch den Pfeil 17 angedeutet ist, die die Membran 11 auf den Ringkörper 15 ausübt, in der Richtung von jener Kraft unterschieden ist, die im Falle der Membranen 11 gemäß Fig. 3 und 4 ausgeübt wird. Während die Radialkomponenten jener Kräfte durch den Ringkörper 15 als Ringspannungen absorbiert werden, hat die Axialkomponente von 15 eine Richtung, die entgegengesetzt zur Richtung der Axialkräfte verläuft, die im Falle der Teil-Toroide gemäß Figur 3 und 4 ausgeübt werden. Hieraus folgt, daß durch geeignete Wahl der Gestaltung des Tei1-Toroiden der Membran 11 die Möglichkeit geschaffen wird, sowohl die Verteilung der Axialkräfte, die durch die Ringkörper 15 und 16 ausgeübt werden und auch ihre Rieh-" tung frei zu wählen.

Eine typische Anwendung der Lastverteiler-Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in Figur 6 dargestellt. Figur zeigt einen Teil der Turbine eines Gasturbinentriebwerks. Im einzelnen ist in Figur 6 der Leitschaufelkranz 11 dargestellt, dessen Schaufeln 21 mit ihren radial äußeren Enden am Gehäuse 22 der Turbine festgelegt und benachbart und stromauf des Laufschaufelkranzes mit den Laufschaufeln 23 liegt. Die Statorschaufeln 21 und die Rotorschaufeln 23 liegen in einem

ringförmigen Gaskanal 24, der durch die Turbine hindurch verläuft und im Betrieb das Arbeitsmittel durch die Turbine führt.

Die Laufschaufeln 23 sind auf einem Laufschaufelkranz 25 angeordnet, der von einer nicht dargestellten Rotorwelle getragen wird und ein Element 26 einer Labyrinth-Ringgasdichtung trägt. Das andere Element 28 der Gasdichtung 27 ist stationär und wird von dem ersten Ringkörper 29 getragen, der an dem radial inneren Rand der ringförmigen Membran 30 ausgespannt ist. Der radial äußere Rand aer ringförmigen Membran 30 wird von einem zweiten Ringkörper 31 getragen, der seinerseits an dem radial inneren Abschnitt des Statorschaufelkranzes 21 festgelegt ist. Die Ringmembran 30 liegt zwischen Bereichen P. und Pp mit relativ hohen bzw. niedrigen Gasdrücken und die Gasdichtung bewirkt eine Abdichtung dazwischen.

Die ringförmige Membran 30 hat die Form eines Tei1-Toroiden und deshalb hat sie die Eigenschaften des Tei1-Toroiden, der zwsischen Bereiche hoher und niedriger Drücke geschaltet ist, wie dies vorstehend erläutert wurde. Die Gaskräfte, die auf die Membran 30 über den Ring 29 und

31 durch den Druckabfall herüber ausgeübt werden, werden durch die Ringkörper 29 und 31 als Ringspannungen absorbiert. Die Ringmembran 30 ist jedoch so ausgebildet, daß die Axialkräfte, die sie ausübt, am radial äußeren Ringkörper 31 konzentriert werden, wie dies durch den Pfeil

32 angedeutet ist. Da dies so ist, sind die Axialkräfte an dem radial inneren Ringkörper 20 Null, und dadurch wird das Ausmaß um das das Dichtungselement 28 axial ausgebogen wird, auf ein Mindestmaß verringert, wodurch die Wirksamkeit der Dichtung 27 bestehen bleibt.

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Eine Alternative zu der Membran 30, die eine Teil-Toroidform besitzt, besteht in einer kegelstumpfförmigen Form. Eine solche kegelstumpfförmige Membran würde jedoch um minimale axiale Verbiegungen am radial inneren Ende aufzuweisen, eine sehr viel größere Dicke haben als eine Tei1-Toroid-Membran 30 gemäß der Erfindung, weil im Gegensatz zur Membran 30 eine solche kegelstumpfförmige Ausbildung Biegekräften unterworfen wäre. Berechnungen haben tatsächlich gezeigt, daß bei einer typischen Turbine eines Gasturbinentriebwerks eine 50%-ige Gewichtsverminderung erreicht werden kann, wenn eine Teil-Toroid-Membran 30 anstelle einer kegelstumpfförmigen Membran Anwendung findet.

Eine weitere Anwendung der Lastverteiiervorrichtung gemäß der Erfindung ist in Figur 7 dargestellt. Fig. zeigt auch einen Teil der Turbine eines Gasturbinentriebwerks, aber in diesem speziellen Fall ist nur der Leitschaufelkranz 33 dargestellt. Die Leitschaufeln 33 sind als Düsenleitschaufein ausgebildet und mit ihren radial äußeren Enden am Gehäuse 34 der Turbine festgelegt. Jede Schaufel 33 weist einen radial durchgehenden Kanal auf, um radial verlaufende Sprossen 35 eines Lagerträgers 36 aufnehmen zu können. Der Lagerträger 36 trägt ein nicht dargestelltes Lager am radial inneren Ende und ist mit seinem radial äußeren Ende am Turbinengehäuse 34 mittels dieser Speichen 35 festgelegt.

Der Lagerträger 36 weist zwei ringförmige Membranen und 38 auf, die auf beiden Seiten hiervon am radial

inneren Ende festgelegt sind. Die Ringmembranen 37 und 38 sind an ihren radial inneren Enden 37a und 38a mit integralen Ringkörpern 39 und 40 versehen, die mit Flanschen derart versehen sind, daß eine gasdichte Verbindung zwischen den Ringkörpern 39 und 40 und dem Lagerträger 36 zustande kommt. Mechanische Festlegemittel 41 halten die Ringkörper 39 und 40 in Eingriff mit dem Lagerträger 36.

Die radial äußeren Ränder 37b und 38b der Ringmembranen 37 und 38 sind mit integralen Ringkörpern 42 und 43 versehen. Diese Ringkörper 42 und 43 sind mit Ringnuten 44 ausgestattet, in die entsprechende axial im Abstand zueinander liegende Flansche 45 der radial inneren Abschnitte der Schaufeln 33 dichtend eingreifen. Demgemäß wirken die Membranen 37 und 38 zusammen, um eine Kammer 46 um den Hauptteil des Lagerträgerkanals zu bilden.

Die Kammer 46 steht in Verbindung mit dem Inneren der Schaufeln 33 und infolgedessen ist der Gasdruck P. innerhalb der Kammer 46 der gleiche wie der Gasdruck innerhalb der Schaufeln 33. Da der Gasdruck innerhalb der Schaufeln zum Zwecke einer wirksamen Schaufelkühlung hoch sein muß, ist auch der Gasdruck innerhalb der Kammer 46 entsprechend groß Der Gasdruck im Bereich P₁ in der Kammer 46 ist demgemäß höher als die Gasdrücke in dem Bereichen Pp und P₃ außerhalb der Ringmembran 37 und 38.

Die Ringmembranen 37 und 38 haben je die Form eines Tei1-Toroiden und deshalb besitzen sie auch die Eigenschaften eines solchen Tei1-Toroiden, der zwischen

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Bereichen hohen und niederen Druckes angeordnet ist, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Da dies so ist, werden die Radialbelastungen, die auf die Membranen 37 und 38 durch den Druckabfall über ihnen ausgeübt wird, als Ringspannungen durch die Ringkörper 39, 40, 42 und 43 absorbiert. Die Axialbelastungen, die auf die Membranen 37 und 38 ausgeübt werden, bewirken daß die Ringkörper 39 und 40 entgegengesetzte Axialkräfte in Richtungen gemäß den Pfeilen 46 und 47 auf den radial inneren Abschnitt des Lagerträgers 36 ausüben, und nunmehr ist der Druck im Bereich P~ größer als innerhalb des Bereichs P₃. Infolgedessen besteht eine resultierende Kraft in Richtung des Pfeiles 47. In gleicher Weise bewirken die Axialbelastungen, die auf die Membranen 37 und 38 ausgeübt werden, daß die Ringkörper 32 und 43 entgegengesetzte Axialkräfte auf die radial inneren Abschnitte der Schaufeln 33 in Richtung der Pfeile 48 und 49 ausüben. Da der Druck innerhalb des Bereiches Pp größer ist als innerhalb des Bereiches Po» gibt es eine resultierende Kraft auf die radial inneren Abschnitte der Schaufeln 33 in Richtung des Pfeiles 49«

Es ist daher ersichtlich, daß die Axialkräfte, die durch die Ringmembranen 37 und 38 ausgeübt werden, zwischen Lagerträger 36 und Schaufeln 33 verteilt werden. Die Art und Weise, in der diese Axialkräfte verteilt werden, wird durch die Ausbildung der tei1-toroidförmigen Ringmembranen 37 und 38 bestimmt. In diesem speziellen Fall sind die Tei1-Toroidformen so gewählt, daß die Axialkräfte, die auf den Lagerträger 36 ausgeübt v/erden,

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derart sind, daß die Lagerträgerspeichen 35 genügend klein gemacht werden können, damit sie durch die Schaufeln 33 hindurchtreten können, die ihrerseits optimal im Hinblick auf ihre aerodynamischen Eigenschaften ausgebildet sind. Wenn die Ringmembranen 37 und 38 nicht vorhanden wären und der Bereich P. höchsten Druckes innerhalb der Schaufeln 33 begrenzt wäre, dann würde der Lagerträger 36 Axialkräften unterworfen werden, die von der Druckdifferenz zwischen den Bereichen P~ und Pg herrühren. Dies wiederum würde es erforderlich machen, daß die Lagerträgerspeichen 35 eine derartige Bemessung haben müßten, daß ein Kompromiß gemacht werden müßte, zwischen der aerodynamischen Ausbildung der Schaufeln 33, um durch diese die Speichen hindurchtreten lassen zu können. Es ist daher ersichtlich, daß die Ringmembranen 37 und 38 gemäß der Erfindung eine Verteilung der Axialbelastungen zwischen den Schaufeln 33 und dem Lagerträger 36 in der Weise ermöglichen, daß sowohl die Schaufeln 33 als auch der Lagerträger 36 mit optimaler Größe und Form im Hinblick auf ihre Funktionen gestaltet werden können.

Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf Lastverteilerkörper beschrieben, die benutzt werden, um die Belastung auf einem Dichtungsträger und einem Lagerträger zu verteilen. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch für andere Anwendungen bei Gasturbinentriebwerken geeignet ist. und auch bei Vorrichtungen außerhalb des Turbinenbereichs angewendet werden kann, nämlich dort, wo es erfOrderlich ist die Kräfte in vorbestimmter Weise zu verteilen, die durch eine ringförmige Membran zwischen Hoch- und Niederdruckbereichen ausgeübt werden.

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Die Art und Weise, auf die die Ringkörper an der Membran festgelegt sind, richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten. So können die Ringkörper entweder mechanisch befestigt, metallurgisch verbunden, verschweißt, verlötet oder dgl« sein. Stattdessen können die Ringkörper auch einstückig mit der Membran hergestellt sein.

Die beschriebenen Eigenschaften der Teil-Toroid-Membranen sind jedoch natürlich nur dann möglich, wenn die Membran die Gestalt eines Tei1-Toroiden besitzt, wenn sie zwischen Bereiche von Hoch- und Niederdruck eingebaut wird. Da dies so ist, kann es in gewissen Fällen erforderlich sein, die Membran in der Weise auszubilden₉ daß nur dann, wenn sie zwischen die Bereiche von Hoch- und Niederdruck geschaltet wird, die allgemeine Gestalt einer vollständigen dünnwandigen Toroidform erhalten wird, die einen Kreisquerschnitt in der Umdrehungsfläche aufweist.

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Claims

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Patentanwälte/:.^: * !Jv * ^:..^:*.Öipl.-lng. Curt Wa!la< _u „ : .. _» ₄ Dipl.-Ing. öünther Ko«

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European Patent Attorneys ^p ^y

Dipl.-Ing. Rainer reidkan

D-8000 München 2 · KaufingerstraBe 8 ■ Telefon (0 89) 2 60 80 78 ■ Telex S 29 513 wate

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Datum: ³"

RollS-RoyCe Limited Unser Zeichen: 17 701 - K/Ap

Buckingham Gate
London SW1E 6AT
England

Lastverteilervorrichtung, insbesondere für die Turbine eines Gasturbinentriebwerks

Patentansprüche:

I₇/ Lastverteilungsvorrichtung, die im Betrieb zwischen zwei Bereichen von hohem bzw. niedrigem Strömungsmitteldruck angeordnet ist, un.d eine ringförmige Membran mit zwei kreisförmigen Rändern aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß nach Einfügung der Membran (11) zwischen die beiden Bereiche von Hochdruck und Niederdruck diese die allgemeine Form eines Teils eines vollständigen dünnwandigen Toroiden aufweist, der als Fläche des Umdrehungskörpers einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, daß die Achse (14) des Teil-Toroiden koaxial zu den Achsen der ringförmigen Ränder verläuft, daß ein erster bzw«zweiter Ringkörper (15,16) an den jeweiligen kreisförmigen Rändern angreift, um die radialen Spannungen so zu begrenzen, daß die Radialkomponenten der Kräfte, die auf die Ringkörper (15,16) durch die Membran (11) als Ergebnis der Strömungsmitteldrucke zwischen Niederdruckbereich und Hochdruckbereich ausgeübt werden, durch die

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Ringkörper (15, 16) als Ringspannungen absorbiert werden und daß Träger vorhanden sind, um axiale Kraftkomponenten, die auf wenigstens einen Ringkörper (15,16) durch die Membran (11) ausgeübt werden, abzustützen, wobei die Verteilung von Größe und Richtung cer auf die Ringkörper (15,16) ausgeübten. Axialkräfte durch die Gestalt des Tei1-Toroiden der Membran (11) vorbestimmt ist.
2. Lastverteilervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran (11) eine solche Tei1-Toroidgestalt besitzt, daß einer der kreisringförmigen Ränder an einer solchen Stelle liegt, daß die Kräfte, die durch die Membran (11) auf den Ringkörper (15), an dem sie angreift, ausschließlich radial verlaufen, während der andere Kreisringrand an einer solchen Stelle liegt, daß die durch die Membran (11) auf den Ringkörper (16) ausgeübten Kräfte sowohl radiale als auch axiale Komponenten besitzen.
3. Lastverteilervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Ringkörper (29) ein Element (28) einer ringförmigen Strömungsmitteldichtung (27) trägt, wobei das andere entsprechende Element (26) der Strömungsmitteldichtung (27) von dem anderen Aufbau getragen wird, und daß die Ausbildung des Tei 1 Toroiden (30) derart ist, daß der Ringkörper (29), der das Dichtungselement (28) trägt, so angeordnet ist, daß irgend ein axialer Ausschlag

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des Dichtungseiementes (28) infolge der auf die Membran (30) ausgeübten Kräfte vermindert wird.
4. Doppellastverteiler-Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen in Verbindung mit einander benutzt werden₉ um eine Kammer (46) zu definieren* daß diese beiden Vorrichtungsteile jeweils zwischen Bereichen hohen und niedrigeren Strömungsmittel drucks angeordnet sind, wobei das Innere der Kammer (46) mit einem Bereich in Verbindung steht, in dem ein Druck herrscht_ä der höher ist als der Druck in den Bereichen der erwähnten Hoch- bzw. Niederdruckräume₀ wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß Größe und Richtung der axialen Kraftkomponenten, die durch die Ringkörper (37a_s 37b, 38a₅ 38b)₉ welche an den Ringmembranen (37, 38) angreifen, auf die Träger ausgeübt werden, zwischen den Ringkörpern (37a, 37b, 38a, 38b) in einer Weise verteilt werden, aie durch die Ausbildung der Tei1-Torusgestalt der beiden ringförmigen Membranen (37, 38) vorbestimmt sind =
5. Doppellastverteiler-Vorrichtung nach Anspruch 4_S dadurch gekennzeichnet₉ daß die tei1-torusförmigen Ringmembranen (37_a 38) auf beiden Seiten einer Lagerplatte (36) der Turbine eines Gasturbinentriebwerks derart angeordnet sind, daß wenigstens teilweise die Lagerplatte (36) umschlossen und koaxial zur Längsachse der Turbine verläuft« daß die Platte (36) Speichen (35) aufweist, die durch

Radialkanäle hindurchlaufen, welche innerhalb einer Gruppe von Leitschaufeln (33) innerhalb der Turbine angeordnet sind, um am Gehäuse(34) der Turbine anzugreifen, daß die radial inneren Ringe (37a, 38a) der Membran (37, 38) an den radial inneren Bereichen der Lagerträgerplatte (36) befestigt sind, daß die radial äußeren Ringe (37b, 38b) der Membranen (37, 38) an den radial inneren Bereichen der Leitschaufeln (33) befestigt sind, so daß Lasten, die auf die Membranen (37, 38) als Ergebnis einer Druckdifferenz zwischen den Bereichen unterschiedlichen Druckes ausgeübt werden, zwischen der Lagerplatte (36) und den Statorschaufeln (33) in der Weise verteilt werden, wie es durch die Gestalt des Tei1-Toroiden der Membranen (37, 38) vorbestimmt ist.
6. Lastverteilervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lastverteilerkörper (30) einen Teil eines Gasturbinentriebwerks bildet.
7. Lastverteilervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkörper (15, 16) integral mit der zugeordneten Ringmembran (11) hergestellt sind.