DE3446385A1 - Statoraufbau zum abstuetzen einer aeusseren luftdichtung in einem gasturbinen-triebwerk - Google Patents
Statoraufbau zum abstuetzen einer aeusseren luftdichtung in einem gasturbinen-triebwerkInfo
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- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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Description
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Statoraufbau zum Abstützen einer äußeren Luftdichtung
in einem Gasturbinen-Triebwerk
Die Erfindung betrifft ein Gasturbinen-Triebwerk, insbesondere den Statoraufbau zum Abstützen eines Paares äußerer Luftdichtungen
und einer Anordnung von Statorschaufeln in einem solchen Triebwerk. Das Konzept dieser Erfindung wurde auf
dem Gebiet der Axialverdichter-Gasturbinen-Triebwerke entwickelt und findet auch Anwendung bei Statoraufbauten auf
anderen Gebieten.
Axialströmungs-Gasturbinen-Triebwerke weisen allgemein einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt und einen
Turbinenabschnitt auf.Durch die Abschnitte des Triebwerks erstreckt sich ein Rotor hindurch, wobei ein Stator in axialer
Richtung erstreckt und den Rotor umgibt. Zwischen dem Rotor und dem Stator führt ein ringförmiger Strömungsweg für die
heißen Arbeitsgasmedien durch das Triebwerk hindurch. Wenn die Gase durch die Maschine hindurch strömen, werden sie in
dem Verdichterabschnitt komprimiert, in dem Brennkammerab-
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schnitt mit Treibstoff verbrannt und bei ihrem Durchgang durch den Turbinenabschnitt entspannt, um Nutzarbeit
zu liefern.
Der Rotor in dem Turbinenabschnitt besteht aus einer Rotoranordnung, um Nutzarbeit aus den heißen, unter Druck
stehenden Gasen zu erzielen. Diese Rotoranordnung umfasst eine Rotorscheibe und eine Vielzahl von Rotorschaufeln,
die sich durch den Strömungsweg des Arbeitsmediums hindurch nach außen erstrecken.
Der Stator in dem Turbinenabschnitt weist eine in Segmente aufgeteilte äußere Luftdichtung auf, die um die
Rotorschaufelanordnung herum angeordnet ist, um ein Lecken des Arbeitsgasmediums über den Spitzen der Schaufeln
zu verhindern. Der Stator weist einen Statoraufbau auf, der ein äußeres Gehäuse zum Abstützen und in Lage
halten der äußeren Luftdichtung um die Rotorschaufelanordnung herum umfasst. Die äußere Luftdichtung weist
von der Rotorschaufelanordnung einen radialen Abstand auf und belässt dazwischen einen Spalt für ein Ausdehnungsspiel.
Der Ausdehungsspalt ist vorgesehen, um eine zu Zerstörungen führende Überlagerung zwischen den
Rotorschaufeln und der äußeren Luftdichtung zu verhindern.
In moderenen Triebwerken wird der Ausdehungsspalt zwischen den Rotorschaufein und der äußeren Luftdichtung
moduliert, um das Spiel während unterschiedlicherer Betriebszustände des Triebwerks zu minimieren. Beispiele
von Triebwerken, die äußere Konstruktionen verwenden, um den Ausdehnungsspalt zu verändern, sind in dem
US-Patent 4 019 320 von Redinger et al, mit dem Titel
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"External gasturbine engine cooling for clearance control" und in dem US-Patent 4 247 248 von Chaplin et al mit
dem Titel "Outer air seal support structure for a gasturbine engine" beschrieben, auf deren Inhalt hiermit
Bezug genommen wird. In Redinger und in Chaplin wird der Durchmesser der äußeren Luftdichtung um die Anordnung
der Rotorschaufein herum und somit der Spalt für
das Ausdehungsspiel wahlweise durch Kühlen eines Bereichs des Gehäuses eingestellt. Wie in Redinger und
Chaplin dargestellt, ist jede äußere Luftdichtung mit einem Statorabstützaufbau versehen, der einen stromaufwärtigen
und einen stromabwärtigen Abstützring umfasst.
Das Triebwerksgehäuse besitzt neben dem stromaufwärtigen Abstützring eine sich in Umfangsrichtung erstreckende
schienenartige Flanschverbindung; neben dem stromabwärtigen Abstützring ist eine zweite sich in umfangsrichtung
erstreckende schienenartige Flanschverbindung vorgesehen. Auf diese Flanschverbindungen wird Kühlluft
geblasen. Wenn die Kühlluft von den äußeren Flanschverbindungen die Hitze abführt, ziehen sich die äußeren
Flanschverbindungen zusammen und zwingen den Abstützaufbau zu einem kleineren Durchmesser. Der innere Abstützaufbau
ist bezüglich des äußeren Gehäuses und der äußeren Luftdichtungssegmente in Umfangsrichtung verschiebbar, um sich den großen Änderungen im Durchmesser
anpassen zu können. Ein Abstellen der Kühlluft ermöglicht es den Flanschverbindungen, sich mit einem auftretenden
Zuwachs des Durchmessers des inneren Stützaufbaus und der äußeren Luftdichtungen auszudehnen. Wenn der Ausdehnungsspalt
zwischen der äußeren Luftdichtung und den Rotorschaufeln verändert wird, müssen sich der stromaufwärtige
und der stromabwärtige Abstützring um den
gleichen Betrag bewegen, um ein Kippen der äußeren Luftdichtungssegmente von vorne nach rückwärts zu verhindern.
Beispielsweise könnte ein Kippen der Segmente dadurch entstehen, daß ein unerwarteter axialer Temperaturgradient
in dem äußeren Gehäuse zwischen den Flanschverbindungen auftritt oder wenn die stromaufwärtige
Flanschverbindung unerwarteterweise mehr gekühlt wird als die stromabwärtige Flanschverbindung, wodurch der
Spalt am vorderen Ende der Luftdichtung gegenüber dem am hinteren Ende abnimmt. Eine unverhergesehene Abnahme
des Ausdehnungsspalts zwischen der äußeren Luftdichtung und der Rotorschaufeln kann zu einer zerstörenden Überlagerung
zwischen den Rotorschaufeln und der äußeren Luftdichtungen führen, was mit einer Leistungsminderung des
Triebwerks oder gar mit einem Verlust einer Rotorschaufel einhergeht.
Ein Kippen der Segmente könnte an einer stromabwärtigen Flanschverbindung beispielsweise deshalb auftreten, weil
eine unverhergesehene Leckage des Gases aus dem Inneren des Gehäuses zum Äußeren des Gehäuses durch einen Flansch
an der Flanschverbindung auftritt. Diese unerwartete Leckage verursacht ein Erhitzen des Flanschs und eine
Zunahme des Spalts an der Rückseite der Dichtung im Vergleich zur Vorderseite. Ein Spalt zwischen den Rotorschaufeln
und der äußeren Luftdichtung, der größer ist als erwartet, kann eine Abnahme des Wirkungsgrads des Triebwerks
infolge einer Zunahme der Leckage des Arbeitsgasmediums über den Spitzen der Rotorschaufeln verursachen.
Die zur Kühlung der stromaufwärtigen und stromabwärtigen
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Flanschverbindung erforderliche Kühlluftmenge ist ebenfalls wichtig. Die Kühlluft, die auf die kühlbaren
Flanschverbindungen aufgebracht wird, ist bis zu einem bestimmten Grad komprimiert, um es dieser Luft zu ermöglichen,
von Blaskanälen zu den Flanschverbindungen zu strömen. Der Kompressorabschnitt des Triebwerks ist eine
Quelle für die unter Druck stehende Kühlluft. Wenn Arbeitsgasmedium durch den Fanabschnitt hindurchtritt, wird
ein Teil des unter Druck stehenden Gases (Luft) aus dem Strömungsweg des Arbeitsmediums abgezweigt und zu Blaskanälen
geführt. Da die Kühlluft aus dem Strömungsweg des Arbeitsmediums abgezweigt wird, nachdem durch das
Triebwerk Energie auf sie aufgebracht wurde, um das Gas unter Druck zu setzen, ist es wünschenswert, die zur
Kühlung der Spaltkontrolle erforderliche Kühlluftmenge zu reduzieren.
Daher suchen Wissenschaftler und Ingenieure nach Wegen, um den Bedarf an komprimierter Kühlluft zu vermindern
und ungleichmäßige Bewegungen der äußeren Luftdichtung in radialer Richtung zu verhindern, wodurch wieder Veränderungen
des Spalts zwischen der äußeren Luftdichtung und den Rotorschaufeln vermieden wird.
Erfindungsgemäß weist ein Statoraufbau für ein Gasturbinen-Triebwerk
mit einer kühlbaren Flanschverbindung, die sich um ein äußeren Gehäuse zum in Lage halten einer
äußeren Luftdichtung um eine Rotorschaufelanordnung herum erstreckt, einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen
Abstützring für die äußere Luftdichtung auf, welche an dem äußeren Gehäuse an einer axialen Stelle
benachbart der kühlbaren Flanschverbindung befestigt ist, um zu bewirken, daß die Abstützringe miteinander
agieren.
Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist eine kühlbare Flanschverbindung, die sich in Umfangsrichtung
um das äußere Gehäuse herum erstreckt. Ein weiteres Merkmal ist eine in Segmente aufgeteilte äußere Luftdichtung.
Ein Merkmal besteht in einem in Segmente aufgeteilten stromaufwärtigen und einem solchen stromabwärtigen Abstützring.
Jeder dieser Ringe weist eine Vielzahl von AbstützSegmenten auf. Die Vielzahl der stromaufwärtigen
und der stromabwärtigen Abstützsegmente greifen gleitend
an dem äußeren Gehäuse an und erstrecken sich von dem äußeren Gehäuse zur äußeren Luftdichtung hin. Ein weiteres
Hauptmerkmal ist ein Mittel zum Befestigen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abstützsegmente an einer
axialen Stelle, die der kühlbaren Flanschverbindung benachbart ist. In einem Ausführungsbeispiel ist einer der
Abstützringe integral mit einer Statorschaufelanordnung ausgebildet. Zum Verbinden der Enden der äußeren Luftdichtungsanordnung
mit der Plattform der Statorschaufelanordnung sind Nuten-und Rippenverbindungen vorgesehen.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist der Triebwerkswirkungsgrad,
der sich aus dem Abdichten der Lekage von Arbeitsmediumgasen über den Spitzen der Rotorschaufelanordnungen
mit einer in Segmente aufgeteilten Luftdichtung ergibt. Die in Segmente aufgeteilte äußere Luftdichtung
bestitzt stromaufwartige und stromabwärtige
Ringe, die um den gleichen Betrag bewegt werden, um ein Kippen der Segmente von vorne nach hinten zu verhindern,
235
"•/14
wenn die Abstützriiige und die äußere Luftdichtung durch
die kühlb^re Flanschverbindung ncch innen und nach außen
bev/ec/t werden. Uin weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung
liog-c in dem Vricbwerkswirkungsgrad, der durch
ciiu wirjcungsvolle Verwendung der Kühlluft Lei Anordnung
einer einzigen kühlbaren Flanschverbindung der s-croraaufwärtigen
und stromcibwärtigen Enden der äußeren Luft-"
dichtungsanordnungen erhalten wird. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Vorteil der Erfindung in der Reduzierung
der Anzahl der Teile, in dem Triebwerk zu sehen, was durch die Verwendung einer einzigen Flanschverbindung zum Positionieren
der äußeren ·Luftdichtung und Abstützen des Endes einer äußeren Luftdichtungsanordnung und des Endes
einer Statorschaufelanordnung durch denselben Abstützring
erreicht wird.
Int folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Turbofan-Triebwerks mit
einem an dem Fangehäuse herausgebrochenen Bereich, um eine Kühlluftleitung zu zeigen,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Turbinenabschnitts
dieses Triebwerks, und
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des Turbinenabschnitts
aus Fig.2.
In Fig.1 ist ein erfindungsgemäßes Bypass-Turboluftstrahl-Triebwerk
dargestellt. Das Triebwerk weist einen Fanab-
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schnitt 10, einen Verdichterabschnitt 12, einen Brennkammerabschnitt
14 und einen Turbinenabschnitt 16 auf, des weiteren eine Drehachse A und einen ringförmigen
Strömuhgsweg 18 für die Gase des Arbeitsmediums, das
axial durch die bezeichneten Abschnitte des Triebwerks hindurchströmt. Kreisförmig um den Strömungsweg des
Arbeitsmediums herum erstreckt sich ein kühlbares äußeres Gehäuse 20. Im Turbinenabschnitt des Triebwerks besitzt
das äußere Gehäuse zumindest eine, integral mit ihm ausgebildete kühlbare Flanschverbindung 22, die sich im Umfangsrichtung
außen um das Gehäuse herumerstreckt. Zum Aufbringen von Kühlluft auf die Flanschverbindungen ist
ein entsprechendes Mittel vorgesehen, beispielsweise eine Vielzahl von Blaskanälen 24, die sich in Umfangsrichtung
um das Äußere des Gehäuses herum erstrecken. Eine Vielzahl von Kühlluftlöchern 26 stellt eine Strömungsverbindung
des Inneren jedes Kanals mit der zugeordneten Flanschverbindung her. Eine für die Kühlluft vorgesehene
Leitung 28 erstreckt sich von dem Fanabschnitt des Triebwerks nach rückwärts und steht in Strömungsverbindung
mit den Blaskanälen, um für die kühlbaren Flanschverbindungen eine Kühlluftquelle bereitzustellen.
In Fig. 2 ist die Ansicht eines Längsschnitts durch einen Bereich des Turbinenabschnitts 16 des Triebwerks dargestellt,
wobei ein Teil des kühlbaren äußeren Gehäuses und des ringförmigen Strömungswegs 18 für das heiße Arbeitsmedium
gezeigt ist. Von dem äußeren Gehäuse 20 erstreckt sich eine Statorschaufelanordnung, dargestellt
durch die einzelne Statorschaufel 30, radial nach innen durch den Strömungsweg des Arbeitsmediums hindurch. Jede
Statorschaufel besitzt einen gleitend an dem äußeren Ge-
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häuse angreifenden stromaufwärtigen Fuß 32 und einen
stromabwärtigen Fuß 34. Der stromabwärtige Fuß ist an dem äußeren Gehäuse durch ein geeignetes Mittel, beispielsweise
eine Schraubenriäutter-Anordnung35 befestigt.
Der Turbinenabschnitt umfasst eine erste Rotorschaufelanordnung, die durch die einzelne Rotorschaufel 38 repräsentiert
ist. Das erste Rotorschaufelblatt 38 endet in einer Schaufelspitze 40, die axial orientiert ist,
d.h. sie erstreckt sich im wesentlichen in axialer Richtung. Eine zweite RotorSchaufelanordnung, dargestellt
durch die einzelne Rotorschaufel 42 ist in einem axialen Abstand von der ersten Rotorschaufelanordnung vorgesehen,
um eine wechselweise Anordnung von Rotorschaufeln und Statorschaufeln zu bilden. Die zweite Rotorschaufel
ende in einer Spitze 44, die sich im wesentlichen axial orientiert.
Die erste Rotorschaufel 38 und die zweite Rotorschaufel 42 erstrecken sich durch den ringförmigen Strömungsweg 18 nach außen bis in die Nähe des kühlbaren äußeren
Gehäuses 20. Um die erste Rotorschaufelanordnung erstreckt sich in Umfangsrichtung eine erste Luftdichtung 46 herum,
die von den Rotorschaufeln radial einen Abstand aufweist und so einen radialen Spalt G belässt.Diese äußere Luftdichtung
wird von einer Anordnung aus bogenförmigen DichtungsSegmenten gebildet, welche Anordnung durch das
einzelne Dichtungselement 48 dargestellt ist. An den Segmenten greift ein Statoraufbau 50 an, um die Anordnung
der äußeren Dichtungssegmente in radialer Richtung abzustützen und in Lage zu halten. Der Statoraufbau
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umfasst einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen
Abstützring 52 bzw. 54. Der stromabwärtige Abstützring bestitzt eine kegelstumpfförmige Gestalt und wird aus
einer Vielzahl von stromabwärtigen AbstützSegmenten gebildet,
wie durch das einzelne stromabwärtige Abstützelement 56 dargestellt. Jedes stromabwärtige Abstützelement
greift, an der äußeren Luftdichtung an und ist bezüglich dieser in Umfangsrichtung verschiebbar. Jedes
stromabwärtige Abstützelement erstreckt sich von der äußeren Luftdichtung zum äußeren Gehäuse 20 und greift
verschiebbar an diesem an. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Zentrum des stromabwärtigen Abstützelements
frei, sich in Umfangsrichtung zu bewegen. In einer alternativen Ausbildung kann ein Zentralbolzen
(nicht dargestellt) in dem stromabwärtigen Abstützelemente den Zentralabschnitt des stromabwärtigen Abstützelements
an einer Verschiebung in Umfangsrichtung bezüglich des Gehäuses hindern. Welche Ausbildungsform auch gewählt
wird, die Enden jedes Segments sind frei, sich in Umfangsrichtung zu bewegen; das Abstützsegment ist bezüglich der
äußeren Luftdichtung und des äußeren Gehäuses in Umfangsrichtung verschiebbar.
Der stromaufwärtige Abstützring 52 weist eine kegelstumpfförmige Gestalt auf und wird von einer Vielzahl von
stromaufwärtigen Abstützsegmenten gebildet, wie es durch das einzelne stromaufwärtige Abstützelement 58 dargestellt
ist. Jedes stromaufwärtige Abstützsegment ist von dem äußeren Gehäuse 20 und einem zugeordneten stromabwärtigen
Abstützsegment 56 umschlossen. Jedes stromaufwärtige Abstützelement greift verschiebbar an dem äußeren
Gehäuse an und erstreckt sich von dem äußeren Gehäuse zu
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der äußeren Luftdichtung, um an dieser anzugreifen. Bezüglich
der äußeren Luftdichtung 46 ist jedes stromaufwärtige Abstützsegment in Umfangsrichtung verschiebbar.
Des weiteren ist ein innerer Flansch 62 vorgesehen. Dieser Flansch ist ein Beispiel eines Mittels zum Befestigen
der Vielzahl stromaufwärtiger Abstützsegmente 58 und der
Vielzahl stromabwärtiger Abstützsegmente 56 an dem äußeren Gehäuse 20. Der Flansch befestigt die Segmente
an dem äußeren Gehäuse an einer ersten Stelle A1 und
umfasst eine Schulter 64 und einen Haken 66. Jedes stromaufwärtige Segment wird zwischen dem Flansch an dem Gehäuse
und einem zugeordneten stromabwärtigen Abstützsegment 56 eingeschlossen. Durch einen Haken 28 ist das
stromabwärtige Abstützsegment angepasst, in umfangsrichtung
gleitend an dem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken 66 des äußeren Gehäuses anzugreifen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flansch 62 integral mit dem äußeren Gehäuse ausgebildet. Es sind
andere zufriedenstellende Konstruktionen denkbar, welche ein Mittel zum befestigen des stromaufwärtigen und des
stromabwärtigen Abstützsegments verwenden, das nicht integral mit dem äußeren Gehäuse verbunden ist (beispielsweise
ein zweiter Satz Abstützringe), und was dennoch eine Bewegung in Umfangsrichtung zwischen den stromaufwärtigen
und stromabwärtigen Ringen und dem äußeren Gehäuse ermöglicht.
Außen um das äußere Gehäuse an einer Stelle A2;die zur
ersten axialen Stelle A axial benaclfcart ist, erstreckt
sich eine kühlbare Flanschverbindung 22 mit einer axialen
Weite W in Umfangsrichtung herum. Der Terminus "benachbart" bedeutet, daß die axiale Stelle des Flanschs in
einem Abstand D liegt, die kleiner ist als die Weite W der Flanschverbindung. Dieses Ausführungsbeispiel
zeigt, daß die axiale Stelle A2 der Flanschverbindung
und die axiale Stelle A1 sich überlappen.
Durch den ringförmigen Strömungsweg 18 hindurch erstreckt
sich eine zweite Anordnung von Rotorschaufeln bis in die Nähe des kühlbaren äußeren Gehäuses 20. Um
diese Rotorschaufelanordnung erstreckt sich in Umfangsrichtung eine zweite äußere Luftdichtung 62 herum, die
von den Rotorschaufeln einen radialen Abstand aufweist und einen Spalt G„ belässt. Die zweite äußere Luftdichtung
wird durch eine Anordnung bogenförmiger Dichtungssegmente 74 gebildet. Ein Statoraufbau 76 des gleichen
Typs wie der Statoraufbau 50 stützt die Anordnung der bogenförmigen Segmente um die Rotorschaufelanordnung
herum, und hält sie in Lage. Der Statoraufbau umfasst einen stromaufwärtigen und einen stromabwärtigen Abstützring
78 bzw. 80. Der stromaufwartige Abstützring besitzt eine kegelstumpfförmige Gestalt und wird von
einer Vielzahl von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Segmenten gebildet, wie durch das einzelne Segment 82
dargestellt. Der stromabwärtige Abstützring besitzt ebenfalls eine kegelstumpfförmige Gestalt und wird durch
eine Vielzahl von stromabwärtigen Abstützsegmenten gebildet, wie durch das einzelne stromabwärtige Abstützsegment
84 dargestellt. Um jedes stromaufwärtige Abstützsegment integral mit einem stromabwärtigen Abstützsegment
zu verbinden, damit ein Paar zugeordneter Segmente 90 entsteht, wird eine Schrauben-Mutter-Anordnung 86 oder
ein anderes geeignetes Mittel verwendet. Jedes Segmentpaar
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weist einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken
92 auf. Ein an einer ersten axialen Stelle A_ an dem
äußeren Gehäuse vorgesehener Haken 94 stellt ein Mittel zum Befestigen der Abstützsegmente an dem äußeren Gehäuse
dar und versetzt das Gehäuse in die Lage, in Umfangsrichtung gleitbar an dem sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Haken des Absützsegmentepaars anzugreifen. Eine kühlbare Flanschverbindung 22 mit einer Weite W
erstreckt sich an einer Stelle A. in Umfangsrichtung um das Außengehäuse herum, wobei die Stelle A4 in axialer
Nachbarschaft zur ersten axialen Stelle A-. liegt.
Fig.3 zeigt einen Statoraufbau 96, der eine alternative
Ausfuhrungsform des in Fig.2 dargestellten Statoraufbaus
76 ist. Dieser Statoraufbau umfasst eine Anordnung von Statorschaufeln 9 8 mit einem stromaufwärtigen Ende
100 und einem stromabwärtigen Ende 102. Die äußere
Luftdichtung 104 wird von einer Vielzahl von bogenförmigen Dichtungssegmenten 106 gebildet. Diese Ausführungsform des Statoraufbaus unterscheidet sich von dem Statoraufbau
76 in Fig.2 dadurch,daß die Vielzahl der stromaufwärtigen
Abstützsegmente 108 sich von dem äußeren Gehäuse zu den stromabwärtigen Enden des Statorschaufelaufbaus
erstrecken, um die Statorschaufelanordnung abzustützen. Wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, ist
jedes Segment 108 der Vielzahl der stromaufwärtigen Abstützsegmente integral mit zumindest einer Statorschaufel
98 ausgebildet. Jedes bogenförmige Abdichtsegment ist
ausgebildet, an dem stromabwärtigen Ende der Statorschaufel mittels einer Rippen-Nuten-Anordnung 110
anzugreifen. Ih dem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß jedes bogenförmige Abstützsegment eine Rippe 112 be-
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sitzt; jede Schaufel weist demgegenüber eine Nut 114 auf.
Während des Betriebs des Gasturbinen-Triebwerks strömen heiße Arbeitsmedien-Gase aus dem Brennkammerabschnitt 14
in den Turbinenabschnitt. Die heißen unter Druck stehenden Gase werden in dem Turbinenabschnitt 16 entspannt.
Wenn die Gase durch den ringförmigen Strömungsweg 18
hindurchströmen, übertragen sie Hitze auf die Komponenten des Turbinenabschnitts. Die Rotorschaufelanordnungen
sind in die heißen Gase des Arbeitsmediums eingetaucht und antworten darauf schneller als das äußere
Gehäuse, das von dem Strömungsweg der Arbeitsmedium-Gase weiter entfernt ist. Daraus resultiert, daß der
radiale Spalt G zwischen den Rotorschaufeln und der äußeren Luftdichtung variiert. Zunächst ist ein Anfangsspalt vorgesehen, um diese schnelle Ausdehnung der Schaufel
und der Scheibe aufzunehmen. Nach einiger Zeit erreicht die Wärme der Gase das äußere Gehäuse und dieses
dehnt sich aus, und zwar von den Rotorschaufeln weg, wodurch der Spalt G vergrößert wird. Der Spalt G zwischen
der Rotorschaufelanordnung 9 8 und der äußeren Luftdichtung wird durch Beaufschlagung der kühlbaren Flanschverbindung
22 mit Kühlluft reguliert, um zu bewirken, daß die kühlbare Flanschverbindung sich zusammenzieht und
das äußere Gehäuse dichter an die Schaufelanordnung heranbewegt. Da die Flanschverbindung 22 sowohl die stromaufwärtige
als auch die stromabwärtige Abstützung bewegt, bewegen sich beide Abstützungen zusammen und um den
gleichen radialen Betrag, um ein Kippen der Segmente von vorne nach rückwärts zu verhindern. Ein Kippen der Segmente
würde ein ungleichmäßiges Variieren des Spalts
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zwischen den sich in axialer Richtung erstreckenden Spitzen der Rotorschaufeln und der äußeren Luftdichtung
verursachen und den Spalt in einem nicht erwarteten Ausmaß entweder vergrößern oder verkleinern. Als ein Ergebnis
dieses Kippens könnte ein zerstörerischer Kontakt zwischen den Rotorschaufeln und der Luftdichtung entstehen,
wenn ein unerwartetes Vermindern des Splts geschieht , oder, wenn eine Zunahme zustandekommt, kann eine
größere Menge des Arbeitsmediums als normal über die Spitzen der Rotorschaufeln abströmen,wodurch der Wirkungsgrad
des Triebwerks reduziert würde.
Infolge der Verwendung lediglich einer kühlbaren Flanschverbindung
zum Positionieren der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden der Anordnung der äußeren Luftdichtungssegmente
wird weniger Kühlluft gebraucht als vergleichsweise bei Konstruktionen, die zwei getrennte
kühlbare Schienen erfordern. Da zum Verdichten der Kühlluft Energie durch das Triebwerk aufgewendet wird, verbessert
eine Abnahme des Gebrauchs an Kühlluft den Wirkungsgrad des Triebwerk im Vergleich zu solchen Aufbauten,
bei denen mehrere Flanschverbindungen erforderlich sind, um die Anordnung der äußeren Luftdichtungen zu positionieren.
Schließlich wird durch die Verwendung einer einzigen Flanschverbindung zum Positionieren der äußeren
Luftdichtung eine geringere Anzahl an Blaskanälen und Abstützbauteilen erforderlich. Bezüglich der in Fig.3
dargestellten Ausführungsform ergibt sich eine weitere
Reduzierung der Anzahl der Bauteile durch die Kombination der Abstützung für die Anordnung der äußeren Luftdichtungen
mit der Abstützung für die Anordnung der Statorschaufeln.
Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit detaillierten Ausführungsbeispielen beschrieben und dargestellt wurde,
versteht es sich für den Durchschnittsfachmann,daß
mannigfaltige Änderungen in Form und Details durchgeführt werden können,ohne von dem Geist und dem Schutzbereich
der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
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Claims (4)
- Az: 285Dfpl.-Ohem. Dr. Stefren ANDRAEDipi.-Phys. Dieter FLACHDlpl.-kng. Dietmar HAUG Dipl.-Chem. Dr. RJchard KNEISSLPATENTANWÄLTE SteHnstr. 44, D-BOOO München 80 19. DEI 1984Statoraufbau zum Abstützen einer äußeren Luftdichtung in einem Gasturbinen-TriebwerkPatentansprücheΛ) Axialstromungsgasturbine mit einer Drehachse (A), einem ringförmigen Strömungsweg (18) für die Arbeitsgasmedien, einem kühlbaren äußeren Gehäuse (20), das sich in Umfangsrichtung um den Strömungsweg des Arbeitsmediums herumerstreckt/ und mit einem Turbinenabschnitt (16), durch welchen die Arbeitsgasmedien hindurchtreten, wobei der Turbinenabschnitt (16) eine sich nach außen durch den Strömungsweg des Arbeitsmediums (18) hindurcherstreckende Rotorschaufelanordnung (38; 42) umfasst, deren Rotorschaufeln (38;42) jeweils in einer axial orientierten Spitze (40,44) enden, und wobei eine äußere Luftdichtung (46;72;104) von einer Anordnung bogenförmiger Dichtungssegmente (48;74;1O2) gebildet wird, die sich in Umfangsrichtung um den Strömungsweg (18) herumerstrecken undj O _2_die von den Spitzen (40,44) der Rotorschaufeln (38,-42) einen radialen Abstand aufweisen und dabei einen Spalt (GjG1) belassen, dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Lagehaltung und Positionierung der Anordnung der äußeren Luftdichtungssegmente (48;74;1O6) ein Statoraufbau (50;76;96) vorgesehen ist, der folgende Bauteile umfasst:- einen stromaufwärtigen Abstützring (52;78) der von einer Vielzahl von stromaufwärtigen Abstützsegmenten (58; 82;108) gebildet ist,die an den Segmenten (58;74;1O6) der äußeren Luftdichtung (46;72;104) angreifen und bezüglich dieser in Umfangsrichtung verschiebbar sind und sich von der äußeren Luftdichtung (46;72;104) zum äußeren Gehäuse (20) hin erstrecken;- einen stromabwärtigen Abstützring (54;80), der aus einer Vielzahl von stromabwärtigen Abstützsegmenten (56; 84) gebildet ist, die an der äußeren Luftdichtung (46; 72;104) angreifen und bezüglich dieser in Umfangsrichtung verschiebbar sind und sich von der äußeren Luftdichtung zum äußeren Gehäuse (20) erstrecken;- Mittel zum Befestigen der Vielzahl von stromaufwärtigen Abstützsegmenten (58;82;108) und der Vielzahl von stromabwärtigen Abstützsegmenten (56;84) am äußeren Gehäuse (20) an einer ersten axialen Stelle;- eine kühlbare Planschverbindung (22), die integral mit dem äußeren Gehäuse (20) verbunden ist und sich in Umfangsrichtung außen um dieses herum an einer Stelle erstreckt, die axial der ersten axialen Stelle benachbart ist, und-3-- Mittel zum Beaufschlagen der Flanschverbindung (22) mit Kühlluft;wobei die Bewegung der kühlbaren Flanschverbindung (22) in Abhängigkeit der aufgebrachten Kühlluft den radialen Spalt G1;G2 zwischen der äußeren Luftdichtung (46;72; 104) und den sich axial erstreckenden Spitzen oder Enden (40,44) der StatorSchaufelanordnung dadurch gleichmäßig einstellt, daß der stromaufwärtige und der stromabwärtigeAbstützring (52,54;78;80;108) der äußeren Luftdichtung (46;72;104) sich zusammen um den gemeinsamen radialen Betrag bewegen.
- 2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Statorschaufelanordnung (30;98) mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende vorgesehen ist, und daß eines (56;82) aus der Vielzahl der AbstützSegmente (56,58;82,84) sich von dem äußeren Gehäuse (20) zu einem der Enden der Statorschaufelanordnung (30) erstreckt, um diese Statorschaufelanordnung abzustützen.
- 3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment- (108) der Vielzahl der Absützsegmente (108), die sich zu einem Ende der Statorschaufelanordnung (98) hin erstrecken,integral mit zumindest einem dieser StatorschaufeIn (98) ausgebildet ist.
- 4. Gasturbine mit einem Statoraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derstromaufwärtige Abstützring (9 2;78) und der stromabwärtige Abstützring (54;80) jeweils von kegelstumpfförmiger Gestalt sind, wobei jedes Segment (58;82;108) des stromaufwartigen Abstützrings integral mit einem zugeordneten Segment (56;84) des stromabwärtigen Abstützrings (54;80) ausgebildet ist, um ein Segmentenpaar zu bilden, und wobei jedes Segmentenpaar einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken (68;92) aufweist, und Mittel zum Befestigen der Abstützsegmente (56,58;82, 84) an das äußere Gehäuse (20) in Form eines Hakens (6 6; 97) vorgesehen sind, der sich in umfangsrichtung innen an dem äußeren Gehäuse (20) herumerstreckt, wodurch das äußere Gehäuse (20) angepasst ist, in Umfangsrichtung gleitend an dem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Haken (68;92) eines Abstützsegmentenpaares (56,58;82,84) anzugreifen.
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