DE3333436C1 - Einrichtung zur Axial- und Umfangssicherung von statischen Gehaeusebauteilen fuer Stroemungsmaschinen - Google Patents

Description

a) Das kreiszylindrische Sicherungselement (1) ist zur Bildung eines seitlich rotationssymmetrisch auskragenden Scheibensektors (7') quer zur Längsachse und, zur Bildung eines stufenförmig vom Scheibensektor auskragenden Zylindersektors (4), parallel zur Längsachse geschnitten;

b) die Außenausnehmungen (B) sind in winkelförmig auskragenden Anlageflächen eines Strukturbauteils (3) angeordnet und im Wege einer achssymmetrischen Teildurchgangsöffnung seitlich offen zugänglich ausgespart (5);

c) mit dem Scheibensektor (7') ist das Sicherungselement (1) zunächst entweder seitlich von außen oder achsparallel von innen gegen die seitlich offene Aussparung (5) und hierauf dann gegen den Ausnehmungsgrund eines weiteren Innenstrukturbauteils (2) soweit achsparallel verschiebbar, daß es zufolge einer daran anschließenden Verdrehung um 180° die Außenausnehmung (B) hauptsächlich mit beiden Schnittflächen (6,6') verschließt

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über die seitlich offene Aussparung (5) und einen mit dieser koaxial fluchtenden Durchbruch (8) bereitgestellte Teildurchgangsöffnung zwischen einem parallel zur Drehachse des Sicherungselements (1) verlaufenden Wandabschnitt (W 1) und einem rechtwinkelig von diesem auskragenden weiteren Wandabschnitt (W 2) des einen Strukturbauteils (3) ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Innenstrukturbauteil (9) am übrigen freien Ende gabelförmig ausgebildet ist, mit dem es benachbarte, das Sicherungselement (1) in der Verschlußstellung enthaltende Enden eines Strukturbauteilpaars (2,3) umgreift und dabei mit einem Endabschnitt zumindest teilweise auf dem Scheibensektor (7') des Sicherungselements (1) aufsitzt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gabelförmige freie Ende des Innenstrukturbauteils (9) mit dem einen Endabschnitt — als zusätzliche Verdrehsicherung des Sicherungselements (1) — weitestmöglich gegen die achsparallele Schnittfläche (6) desselben geführt, auf dem Scheibensektor (7') aufsitzt.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenstrukturbauteil (2,9) das eine von mehreren in Umfangsrichtung aneinandergereihten Segmenten ist, wobei jedem Segmentbauteil eine Sicherungseinrichtung bzw. ein Sicherungselement (1) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gegenseitige Anschlagzentriermittel (15) an einem (3) der beiden Strukturbauteile (2, 3) vorgesehen sind (F ig. 9).

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (1) eine zur Verdrehung desselben geeignete, zentrisch angeordnete und mehrkantige sowie von außen zugängliche Drehaussparung (15') aufweist.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, insbesondere für Axialturbinen oder -verdichter von Gasturbinentriebwerken, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturbauteil (3) Bestandteil des Turbinenoder Verdichteraußengehäuses, die betreffenden Innenstrukturbauteile (2, 9) Bestandteile der äußeren Turbinen- oder Verdichterkanalwand und zugleich Träger von Dichtungen (10, 11, 10') und/oder Leitschaufeln (14) sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Axial- und Umfangssicherung statischer, zumindest entlang Teilumfangsflächen konzentrisch aneinander abstützbarer Strukturbauteile von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, mit mindestens einem zylindrischen Sicherungselement zwischen in Achsrichtung fluchtend rotationssymmetrisch einander zuordenbaren Innen- und Außenausnehmungen in korrespondierenden Strukturbauteilen.
Bei einer deratigen, aus der US-PS 16 92 537 bekannten Einrichtung ist eine von außen durch Turbinenaußengehäusebauteile hindurchgeführte Stiftverbindung mit betreffenden rotationssymmetrisch zugeordneten Innenstrukturbauteilen zugrunde gelegt, bei der die betreffenden Stifte auf der einen Seite fest an den Innen-Strukturbauteilen verankert sein sollen, während wiederum die Außengehäusebauteile zwecks Kompensation thermischer Dehnungen lose an diesen Stiften geführt sein sollen. Dabei sollen ferner die betreffenden Außengehäusebauteile korrespondierende Innenwandabschnitte der Innenstrukturbauteile seitlich der Stiftverbindung, zangenartig umgreifen. Um beispielsweise ein beschädigtes Innenstrukturbauteil bei der bekannten Lösung austauschen bzw. erneuern zu wollen, wäre es demzufolge erforderlich, nahezu die gesamte äußere Gehäusestruktur zerlegen zu müssen. Neben dieser komplizierten Zerlegung käme fernerhin die Schwierigkeit hinzu, die betreffenden Einzelstifte aus den Innenstrukturbauteilen herauslösen zu müssen. Neben diesem Zeit- und Montageaufwand wäre fernerhin die Gefahr von Beschädigungen der Gehäusestrukturen sowie aber auch der Stifte selbst nicht auszuschließen, sofern diese überhaupt mit hierfür geeigneten Geräteschaften aus den Innenstrukturbauteilen entfernbar wären. Ein weiterer nicht unerheblicher Nachteil der bekannten Lösung wird darin gesehen, daß für die Stiftverbindung die Außengehäusebauteile gänzlich durchbort werden müssen, mit der Folge deren festigkeitsmäßiger Schwächung auf der einen Seite sowie mit der weiteren Folge eines zusätzlichen Abdichtungsproblems, indem nämlieh im bekannten Fall zusätzliche Dichtmanschetten auf die durchbohrten Bereiche der Außengehäusebauteile aufgebracht werden müssen. Im Rahmen der bei der vorliegenden bekannten Hinrichtung vorgesehene Stifte

als Verbindungsmittel zur Axial- und Umfangssicherung besteht fernerhin die Gefahr einer plastischen Stiftverformung und damit einhergehender Spielvergrößerung. Außerdem erzwingt die bekannte Einrichtung einen vergleichsweise großen Radialwandabstand zwischen den Außengehäusebauteilen und den Innenstrukturbauteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Einrichtung bei zugleich optimaler Betriebssicherheit extrem montage- und demontagefreundlich auszubilden.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Demnach kann z. B. ein einziges ringförmiges Strukturbauteilpaar durch ein einziges Sicherungselement extrem rasch und einfach miteinander zur kombinierten Axial- und Umfangssicherung verbunden oder voneinander gelöst werden. Zum Beispiel ein oder mehrere in Richtung der betreffenden Turbokomponentenhauptachse aufeinanderfolgende Innenstrukturbauteile können in Achsrichtung der Reihe nach vollkommen unbehindert nacheinander zusammengefügt oder voneinander getrennt werden. Letzteres gilt insbesondere auch dann, wenn an den betreffenden Innenstrukturbauteilen z. B. Dichtungen oder Leitschaufeln angebracht sind oder auch dann, wenn die Innenstrukturbauteile in Einzelsegmente bzw. z. B. Schaufelgittersegmente zergliedert sind, die dann gegebenenfalls einfachst für sich aus dem verbleibenden Schaufelrestgittersegmentverbund herauslösbar wären.

Vorteilhaft kann ferner die Montage oder Demontage der Innenstrukturbauteile ohne Teilzerlegung des jeweils einen bzw. äußeren Strukturbauteils durchgeführt werden; mit anderen Worten kann dabei die vorteilhafte Wirkung eines integral in sich geschlossenen einen bzw. äußeren Gehäusestrukturbauteils erhalten bleiben.

Durch den verhältnismäßig groß wählbaren Durchmesser des Sicherungselements ergibt sich darüber hinaus eine günstige Verteilung der einwirkenden Kräfte, so daß die bei vergleichsweise kleinen, schwach dimensionierten Stiften auftretenden gefährlichen Linienpressungen sowie Spielvergrößerungen durch plastische Verformung vermieden werden können.

Ferner kann die Einrichtung vorteilhaft ohne jegliche festigkeitsmäßige Schwächung und ohne Abdichtungsprobleme hinsichtlich der einen bzw. äußeren Bauteilstruktur ausgeführt werden.

Neben der einfachen und »narrensicheren« Montage oder Demontage wäre auf die im Wege des vergleichsweise unkomplizierten Aufbaus der Einrichtung kostengünstige Herstellung zu verweisen.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen die Außenausnehmung der Einrichtung anhaltenden, perspektivisch dargestellten Teilabschnitt eines zum Turbinenaußengehäuse gehörenden einen Strukturbauteils,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des Sicherungselements,

F i g. 3 die perspektivische Darstellung eines als Dichtungsträger ausgebildeten, die Innenausnehmung enthaltenden und mit dem einen Strukturbauteil nach F i g. 1 zu verbindenden Innenstrukturbauteils,

F i g. 4,5 und 6 eine erste Montagefolge zur Bauteilsicherung unter Zugrundelegung eines anfänglich achsparallel von innen erfolgenden Sicherungselementeinschubes sowie unter Verwendung einer zusätzlichen Radialsicherung über ein nachfolgendes Innenstrukturbauteil (F i g. 6), jeweils in der gleichen Turbinenlängsebene geschnitten dargestellt,

F i g. 7,8 und 9 eine zweite Montagefolge zur Bauteilsicherung unter Zugrundelegung eines in der Ausgangsposition (F i g. 7) bereits vormontierten Strukturbauteilpaars mit anfänglichem Quereinschub des Sicherungselements in die Außenausnehmung der Einrichtung, jeweils in der gleichen Turbinenlängsachse geschnitten

ίο dargestellt und

F i g. 10 einen Turbinenteillängsschnitt, worin die Anwendung der Einrichtung in zwei axial beabstandeten Turbinenquerebenen erläutert ist.
Das kreiszylindrische Sicherungselement 1, z. B. nach F ig. 2 oder 6, ist zur Bildung eines seitlich rotationssymmetrisch auskragenden Scheibensektors T quer zu dessen Längsachse und, zur Bildung eines stufenförmig vom Scheibensektor 7' auskragenden Zylindersektors 4, parallel zu dessen Längsachse geschnitten.

Es füllt in Achsrichtung fluchtend rotationssymmetrisch einander zuzuordenbare, zylindrische Innen- und Außenausnehmungen A, B zwischen einem Strukturbauteilpaar 2,3 aus, nachdem es zuvor in die Außenausnehmung B des einen Strukturbauteils 3 eingesetzt (F i g. 4 und 7), hierauf gegen den Ausnehmungsgrund des weiteren Strukturbauteil 2 verschoben (Fig.5 und 8) und dann mit dem Zylindersektor 4 um etwa 180° in eine demgemäße seitlich offene Aussparung 5 der Außenausnehmung 5 des einen Strukturbauteils 3 verdreht worden ist (F i g. 6). In dieser Endstellung wird also die Außenausnehmung B (Fig. 1) hauptsächlich mit den beiden Schnittflächen 6, 6' des Sicherungselements 1 verschlossen. Beim einen Strukturbauteil 3 handelt es sich hier z. B. um ein Turbinenaußengehäuseteil, beim Innenstrukturbauteil 2 z. B. um einen inneren Schaufeldichtungsträger, der zugleich Bestandteil der äußeren Turbinenkanalwand ist.

Die den Zylindersektor 4 bildende Schnittfläche 6 (F i g. 2) des Sicherungselements 1 verläuft z. B. gemäß Endstellung nach F i g. 6 planparallel zur Umfangswand 7 (Fig. 1) eines drehachsparallel auskragenden Wandabschnitts Wi des einen Strukturbauteils 3.

Wie insbesondere aus F i g. 1 entnommen werden, kann, ist die jeweilige Außenausnehmung B hier in rechtwinklig auskragenden Anlageflächen des einen Strukturbauteils 3 angeordnet, bzw. ist sie als achssymmetrische Teildurchgangsöffnung zwischen dem drehachsparallel auskragenden Wandabschnitt Wl und einem rechtwinklig von diesem auskragenden weiteren

so Wandabschnitt W2 des einen Strukturbauteils 3 ausgebildet, unter Bereitstellung eines mit der seitlich offenen Aussparung 5 koaxial fluchtenden Durchbruchs 8. Der Durchbruch 8 stellt also zusammen mit der Innenausnehmung A im weiteren Innenstrukturbauteil 2 eine auf die Gesamteinbauhöhe des Sicherungselements 1 abgestimmte Einbautiefe (Verdrehen und Sichern) sowie auf die Wandstärke des Scheibensektors T des Sicherungselements 1 abgestimmte Einbautiefe (Verschließstellung, z. B. F i g. 6) bereit.

Gemäß F i g. 4 kann das Sicherungselement 1 von innen über den anfänglich freien Durchbruch 8 achsparallel in die Außenausnehmung B des einen Strukturbauteils 3 eingesetzt werden und dabei mit dem Scheibensektor T gegen den Grund der Aussparung 5 gedrückt werden.

Sobald das weitere Innenstrukturbauteil 2 eingeführt worden ist, und zwar so, daß beide Ausnehmungen A, B deckungsgleich fluchtend übereinanderliegen, kann

5

dann das Sicherungselement 1 nach innen gegen den rasch und damit kostensparend montieren bzw. demon-Grund der Innenausnehmung A verschoben werden tieren lassen. Letzteres wird u. a. dadurch unterstützt, (F ig. 5). Als Folge anschließenden Verdrehens um daß jedes Sicherungselement 1 (F i g. 2) eine zur Verdre-18O⁰C gelangt das Sicherungselement 1 in die gemäß hung desselben geeignete, zentrisch angeordnete und Fig. 6 angegebene Verschleiß- bzw. Sicherungsstel- 5 mehrkantige sowie von außen zugängliche Drehausspalung. rung 15' aufweist. Auf diese Weise kann das Sicherungs-

Bei der Montagefolge nach F i g. 7,8 und 9 wird davon element 1 z. B. durch Eingriff eines Imbusschlüssel oder ausgegangen, daß bereits im Anfangsstadium (F i g. 7) dergleichen leicht in die Betriebsstellung verdreht bzw. beide Strukturbauteile 2,3 mit deckungsgleich fluchten- aus der letzteren für die Demontage wieder herausgeden Ausnehmungen A₁B übereinanderliegen. Der Reihe 10 dreht werden.

nach wird hierbei also das Sicherungselement 1 zu- Ferner kann das jeweilige Innenstrukturbauteil 2,

nächst von außen durch Quereinschub eines Teiles des das eine von mehreren in Umfangsrichtung aneinander-Scheibensektors T in die Aussparung 5 des einen Struk- gereihten Segmenten sein, wobei jedem Segmentbauteil turbauteils 3 eingesetzt (F i g. 7), hierauf in Achsrichtung dann zweckmäßig eine Sicherungseinrichtung bzw. ein gegen den Ausnehmungsgrund des weiteren Innen- 15 Sicherungselement 1 zuzuordnen wäre. Strukturbauteils 2 verschoben (Fig.8) und darauf fol- Zur weiteren Montageerleichterung können ferner,

gend schließlich infolge Verdrehens um 180° in die Ver- insbesondere bei Verwendung einer einzigen Sicheschlußstellung gebracht (F i g. 9). rungseinrichtung bzw. eines einzigen Sicherungsele-

Wie in Fig.6 und 10 verdeutlich, kann jedes Innen- ments 1, gegenseitige Anschlagzentriermittel 15 an eistrukturbauteil 9 am übrigen freien Ende gabelförmig 20 nem, 3, der beiden Strukturbauteile 2,3 vorgesehen sein ausgebildet sein, mit dem es benachbarte, das Siehe- (F i g. 9).

rungselement 1 in der Verschlußstellung enthaltende

Enden eines Strukturbauteilpaars 2,3 radial zusammen- Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

haltend umgreift und dabei zumindest teilweise auf dem

Scheibensektor T des Sicherungselements aufsitzt. Wie aus F i g. 6 ferner erkennbar, kann dabei das gabelförmige freie Ende des Innenstrukturbauteils 9 mit dem hier einen, oberen Endabschnitt — als zusätzliche Verdrehsicherung des Sicherungselements 1 — weitestmöglich gegen die achsparallele Schnittfläche 6 des Sicherungselements 1 geführt, auf den Scheibensektor 7' aufsitzen.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fi g. 1 bis 10 ist zunächst davon auszugehen, daß jeweils mehrere, vorzugsweise gleichförmig in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Sicherungselemente 1 einer gemeinsamen Turbinenquerebene zugeordnet sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 10 lassen sich jedoch Strukturbauteilpaarungen im Hinblick auf die erforderliche Stufenzahl und Baulänge sowie im Hinblick auf die betrieblich gewünschten Kriterien beliebig zusammenstellen oder erweitern. Dabei sind gemäß F i g. 10 die Sicherungselemente 1 nebst zugehörigen Innen- und Außenausnehmungen A, B ferner in axial beabstandeten Querebenen der betreffenden Axialturbine angeordnet. Das zur inneren Turbinenummantelung gehörige bzw. als Bestandteil der äußeren Turbinenkanalwand wirkende Innenstrukturbauteil 2 fungiert u. a. als Träger von umlaufenden Dichtelementen 10,11 gegenüber angrenzenden Turbinenlaufschaufeldeckbandspitzen 12, 13. Das eine Strukturbauteil 3 bildet dabei das zugehörige Türbinenaußengehäuse. Gemäß Fig. 10 kann also das Innenstrukturbauteil 9 so ausgebildet sein, daß es auf der einen Seite Bestandteil der Axial- und Umfangssicherung für die in einer ersten Turbinenquerebene angeordneten Sicherungselemente 1 ist, während es auf der anderen Seite die u.a. zu Fig.6 geschilderte radiale Bauteilsicherung im Wege eines benachbarten, in einer zweiten Turbinenquerebene liegenden Satzes von Sicherungselementen 1 herbeiführt. Dabei kann das Innenstrukturbauteil 9 nicht nur als Träger von Dichtungen 10', 11' sondern auch als Träger von Leitschaufeln 14 zwischen zwei benachbarten Laufschaufelgittern der Turbine ausgebildet sein. Diese zu Fig. 10 angegebene Bauweise ließe sich sinngemäß auch bei Axialverdichtern von Gasturbinenwerken vorteilhaft einsetzen.

Fig. 10 verdeutlicht ferner, daß sich z. B. die vorgefertigten Außen- und Innengehäusestrukturbauteile auch bei mehrstufiger Turbinenkonfiguration äußerst

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Axial- und Umfangssicherung statischer, zumindest entlang Teilumfangsflächen konzentrisch aneinander abstützbarer Strukturbauteile von Strömungsmaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, mit mindestens einem zylindrischen Sicherungselement zwischen in Achsrichtung fluchtend rotationssymmetrisch einander zuordenbaren Innen- und Außenausnehmungen in korrespondierenden Strukturbauteilen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: