DE602004004023T2

DE602004004023T2 - Gasturbine mit einem Abdichtelement mit Lamellenstruktur

Info

Publication number: DE602004004023T2
Application number: DE602004004023T
Authority: DE
Inventors: Gilles Lepetre; Bernard Monville
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-09-18
Also published as: EP1517005A1; UA84267C2; DE602004004023D1; CN100427736C; US20050061005A1; RU2345233C2; RU2004127898A; FR2860039A1; JP4047843B2; FR2860039B1; US7040098B2; CN1598271A; KR20050028783A; JP2005090507A; EP1517005B1; KR101146402B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk, das von stromaufwärts nach stromabwärts, wobei stromaufwärts und stromabwärts durch die Richtung der Zirkulation des Primärstroms definiert ist, einen Hochdruckkompressor, ein Diffusorgitter und eine Verbrennungskammer aufweist, wobei der Hochdruckkompressor einen externen Ring aufweist, der radial die Strömung des Primärstroms abgrenzt und an eine ringförmige Konstruktion angeschlossen ist, die sich radial nach außen erstreckt, wobei das Diffusorgitter in der axialen Verlängerung des externen Kompressorrings ein externes Gehäuse aufweist, das an eine konische Stütze angeschlossen ist, die nach hinten orientiert ist und stromaufwärts den Boden der Verbrennungskammer abgrenzt, wobei die Stütze selbst an einen externen Gehäusering angeschlossen ist, der sich nach stromaufwärts erstreckt und an der ringförmigen Konstruktion durch Befestigungsmittel befestigt ist, wobei die Stütze, der externen Gehäuseringe und die ringförmige Konstruktion einen Hohlraum um das Diffusorgitter bilden, wobei Luftentnahmeöffnungen in der Stütze vorgesehen sind, um den Kammerboden mit dem Hohlraum zu verbinden, wobei der externe Gehäusering mit Luftentnahmeöffnungen ausgestattet ist und Dichtmittel zwischen der ringförmigen Konstruktion und dem externen Diffusorgittergehäuse vorgesehen sind, um den Hohlraum gegen die Strömung des Primärstroms zu isolieren.
Die für die Kabine des mit wenigstens einem Strahltriebwerk ausgestatteten Flugzeugs notwendige Luftentnahme wird am Boden der Verbrennungskammer in einer Zone durchgeführt, wo die Gesamtleistung des Motor am wenigsten gestört wird. Die Entnahme geschieht durch die Öffnungen der Stütze, was eine bequeme Anordnung der Ausgangsöffnungen für die entnommene Luft ermöglicht. Diese Anordnung gebietet eine relative Dichtigkeit zwischen der Strömung des Hochdruckkompressors und dem unter dem Diffusorgitter gelegenen Hohlraum.
Diese Dichtigkeit ist um so schwerer herzustellen, als die Relativverschiebungen zwischen dem Diffusorgitter und dem externen Ring des Kompressors in der Größenordnung von 1,5 mm in axialer Richtung und im wesentlichen in der selben Größenordnung in radialer Richtung betragen, und zwar wegen der thermischen und mechanischen Reaktionen der verschiedenen Teile in einer Umgebung, die starken Drücken, die 30 Bar erreichen können, und hohen Temperaturen ausgesetzt ist, die 650°C erreichen können.
Die gegenwärtig beibehaltene Technologie zum Gewährleisten der Dichtigkeit zwischen dem Kompressor und dem externen Gehäuse des Gitters ist vom Typ Lamellendichtung und Gegendichtung, die von Federn gestützt werden. Diese Technologie ermöglicht nämlich eine ausreichend weite Verschiebung zwischen den Teilen.
Der Stand der Technik ist durch 1 veranschaulicht, welche die letzte Stufe eines Hochdruckkompressors 1 eines Strahltriebwerks zeigt, das von stromaufwärts nach stromabwärts in Richtung des Primärstroms F1 einen Kranz von festgelegten Schaufeln 2 aufweist, die sich radial ausgehend von einem externen Gehäuse 3 nach innen erstrecken, gefolgt von einem Kranz von beweglichen Schaufeln 4, die am Umfang eines Kompressorrades 5 angebracht sind und sich nach außen bis zu einem externen Kompressorring 6 erstrecken, der radial mit dem externen Gehäuse 3 die Strömung des Primärstroms abgrenzt, wobei dieser externe Ring 6 an eine ringförmige Konstruktion 7 angeschossen ist, die einen V-förmigen Querschnitt in der Ebene hat, welche die Achse des Strahltriebwerks enthält, und sich radial nach außen erstreckt, und die am externen Gehäuse des Motors durch eine Bolzenverbindung befestigt ist.
Stromabwärts von dem Kompressor 1 ist ein Diffusorgitter 10 vorgesehen, welches die komprimierte Luft des Kompressors 1 aufnimmt und zu einer Verbrennungskammer 11 liefert. Das Gitter 10 weist in der axialen Verlängerung den externen Ring 6 des Kompressors 1 ein externes Gehäuse 12 auf, das an eine konische Stütze 13 angeschlossen ist, die zum hinteren Teil des Strahltriebwerks orientiert ist, wobei diese Stütze 13 die stromaufwärts gelegene Wand des Bodens der Verbrennungskammer 11 bildet, und sie ist in ihrem radial äußeren Bereich an einen externen Gehäusering 14 angeschlossen, die sich nach stromaufwärts erstreckt und einen stromaufwärts gelegenen Flansch 15 aufweist, der zur Befestigung der durch die Verbrennungskammer und den Diffusor gebildeten Einheit an einem radial äußeren Flansch 16 der ringförmigen Konstruktion 7 durch Bolzenverbindung dient.
Ein Hohlraum 20, der das Diffusorgitter 10 umgibt, ist so axial durch die ringförmige Konstruktion 7 und die Stütze 13, radial außen durch den externen Gehäusering 14 und radial innen durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 6a des externen Kompressorrings 6 und den stromaufwärts gelegenen Abschnitt des externen Gehäuses 12 abgegrenzt, wobei ein Spalt 21 diese zwei Abschnitte trennt.
Die Stütze 13 weist Luftentnahmeöffnungen 22 am Boden der Kammer auf, und der externe Gehäusering 14 ist mit Ausgangsöffnungen 23 ausgestattet, um einen Luftdurchsatz zur Belüftung der Kabine des Flugzeugs oder zur Kühlung anderer Elemente des Strahltriebwerks zu liefern.
Die Dichtigkeit zwischen der Kompressorströmung und dem Hohlraum 20 ist, wie in 2 im einzelnen gezeigt, durch eine sektorierte Dichtung mit dublierten Lamellen von Gegendichtungen 31 gewährleistet, die an dem Umfang des stromaufwärts gelegenen Abschnitts 12a des externen Gehäuses 12 des Diffusorgitters angebracht ist. Dazu weist dieser stromaufwärts gelegene Abschnitt 12a an seinem Umfang eine Kehle 32 auf, die durch zwei Flansche abgegrenzt ist, die stromaufwärts mit 33a und stromabwärts mit 33b bezeichnet sind und Bohrungen zur Befestigung von Nieten 34 aufweisen. Die Lamellen 30 und die Gegendichtungen 31 werden durch Federn in Anlage an der stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches 33a gehalten und durch die Nieten 34 zurückgehalten. Die Federn 35 werden ebenfalls durch die Nieten 34 zurückgehalten. Der radial innere Abschnitt der ringförmigen Konstruktion 7 weist einen ringförmigen Spoiler 40 auf, der sich axial in den Holraum 20 erstreckt und dessen Ende sich über dem stromaufwärts gelegenen Flansch 33a befindet, falls keine axiale Verschiebung zwischen dem externen Ring 6 des Kompressors 1 und dem externen Gehäuse 12 des Diffusors vorliegt, wie dies in 2 gezeigt ist.
Die Federn 35 drücken auf die Dichtungen in der ringförmigen Zone, die den Spoiler 40 von dem stromaufwärts gelegenen Spoiler 33a trennt. Andererseits ist der Druck der Luft in dem Hohlraum 20 etwas höher als der Druck in der Ader auf Höhe des Spalts 21.
Die Abstützungen der Dichtungen 30 an der Spoilerseite 40 und der Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches 33a weisen konvexe Flächen auf. Die gekoppelten Kräfte der Federn 35 und die Abweichung der Drücke an den beiden Seiten der Dichtungen 30 drücken die Lamellen 30, die eben sind, in der in 2 gezeigten Konfiguration an diese Flächen, wodurch die Dichtigkeit gewährleistet ist.
In bestimmten Flugphasen lässt die Abstützung zwischen den Lamellen 30 und dem Spoiler 40 ein Entweichungsspiel, insbesondere wenn der Spoiler 40 über die Kehle 32 gelangt, wie dies in 4 und 5 gezeigt ist. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Federn entfernen sich die Lamellen 30 von dem Spoiler, und lediglich die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten, die gering ist, kann die Erzeugung dieses Abstands verhindern. Es kommt dann zu einem Entweichungsspiel 41 zwischen den Lamellen und dem Ende des Spoilers 40.
Wenn sich dagegen das Diffusorgitter 10 von dem Kompressor entfernt, wie dies in 3 zu sehen ist, erlauben die Kraft aufgrund der Druckabweichung und die Kraft der Federn 35 eine korrekte Dichtigkeit durch Verformung der Lamellen 30.
Die in 2 gezeigten Doppelpfeile geben die axialen und radialen Relativverschiebungen zwischen dem stromabwärts gelegenen Ende des externen Kompressorrings 6 und dem stromaufwärts gelegenen Ende des externen Gehäuses 12 des Diffusorgitters 10 an.
Es sei ferner bemerkt, dass die Anordnung dieser von dem externen Gehäuse 12 getragenen Dichtigkeit die Montage der Einheit Verbrennungskammer und Diffusor an dem Kompressor durch relative Axialverschiebung der Einheit bezüglich des Kompressors und dann durch Bolzenverbindung der externen Flansche 15 und 16 erlaubt. Die Veröffentlichungen US-A-6,347,508 und FR 2 829 796 offenbaren Dichtungen mit Lamellen, welche die Dichtigkeit zwischen der Verbrennungskammer und der Reihe von Leitschaufeln der Turbine gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine perfekte Dichtigkeit zwischen dem Hohlraum und der Strömung des Primärstroms zu gewährleisten, unabhängig von den Schwankungen des Spalts und unabhängig von der Druckabweichung der Luft zwischen der zwei Seiten der abgedichteten Zone.
Die Erfindung löst ihre Aufgabe dadurch, dass die Dichtmittel eine erste und eine zweite Dichtung vom sektorierten Typ mit dublierten Lamellen von Gegendichtungen aufweist, die von Federn beaufschlagt werden, wobei die erste Dichtung in einer ersten Nut angebracht ist, die um den stromaufwärts gelegenen Teil des externen Gehäuses des Diffusorgitters vorgesehen ist, wobei die Lamellen dieser ersten Dichtung am stromabwärts gelegenen Ende eines ersten Spoilers anliegen, der mit der ringförmigen Konstruktion fest verbunden ist, und wobei die zweite Dichtung in einer zweiten Nut angebracht ist, die unter der ringförmigen Konstruktion vorgesehen ist, wobei die Lamellen dieser zweiten Dichtung am stromaufwärts gelegenen Ende eines zweiten Spoilers anliegen, der mit der ringförmigen Konstruktion fest verbunden ist, und am stromaufwärts gelegenen Ende eines dritten Spoilers, der mit dem stromaufwärts gelegenen Teil des externen Gehäuses fest verbunden ist.
Da eine zweite Dichtung mit umgekehrter Wirkungsweise installiert ist, kann auf alle Richtungsvariationen der Druckabweichung reagiert werden, aber das System ist auch verstärkt, indem eine zusätzlich Durchgangsschwierigkeit für sehr niedrige Gradienten beigebracht wird, da eine Schleuse zwischen den beiden Dichtungen besteht.
Die erste Nut ist durch einen stromaufwärts gelegenen Flansch und einen stromabwärts gelegenen Flansch abgegrenzt, wobei die erste Dichtung und die ersten Federn mittels Nieten gehalten werden, die an den Flanschen befestigt sind, und der dritte Spoiler ist an der stromaufwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches gebildet.
Die ringförmige Konstruktion weist einen radial inneren Teil auf, der nach hinten orientiert ist, und die zweite Nut ist durch den Teil und einen dritten Flansch abgegrenzt, der über dem stromaufwärts gelegenen Flansch liegt, wobei sich der erste Spoiler ausgehend von dem radial inneren Ende des dritten Flansches nach stromabwärts erstreckt, wobei dieses Ende ferner den zweiten Spoiler aufweist, der sich nach stromaufwärts erstreckt und an dem die zweite Dichtung anliegt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden beispielhaften Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen:
1–5 den Stand der Technik:
1 ist ein Halbschnitt nach einer Ebene, welche die Achse des Strahltriebwerks enthält, des stromabwärts gelegenen Teils eines Kompressors und des Diffusors, der die Anordnung des Hohlraums, der mit dem Boden der Kammer in Verbindung steht, aus dem die Luft für die Kabine des Flugzeugs entnommen wird, und die Installation der Dichtung nach dem Stand der Technik zwischen diesem Hohlraum und der Strömung des Primärstroms zeigt;
2 zeigt in größerem Maßstab die Anordnung der Dichtung nach dem Stand der Technik;
3 zeigt die Verformung der Dichtung bei Vergrößerung des Spalts zwischen dem externen Ring des Kompressors und dem externen Gehäuse des Gitters des Diffusors;
4 zeigt die Verformung eben dieser Dichtung bei einer Verkleinerung dieses Spalts;
5 ist eine Perspektivansicht der Dichtung bei einer Verkleinerung des Spalts, die das Entweichungsspiel zeigt;
6 das von der Erfindung vorgeschlagene System zum Isolierung des Entnahmehohlraums gegen die Strömung des Primärstroms; und
7 die Art der Befestigung des Körpers des Kompressors und der Einheit Diffusor-Verbrennungskammer aneinander.
1 bis 5, die den Stand der Technik darstellen, sind in der Einleittung der vorliegenden Beschreibung im einzelnen beschrieben worden und erfordern keine weiteren Erläuterungen.
6 zeigt das von der Erfindung vorgeschlagene Dichtungssystem zum Isolieren des Hohlraums 20 gegen die Strömung des Primärstroms F1. In dieser Figur tragen die verschiedenen Elemente, welche den Hohlraum 20 abgrenzen, die gleichen Bezugszeichen wie die identischen Elemente von 1 bis 5.
Das Dichtungssystem weist eine erste Dichtung 50 auf, die am Umfang des stromaufwärts gelegenen Abschnitts 12a des externen Gehäuses 12 des Diffusorgitters 10 angebracht ist. Dabei ist diese erste Dichtung ähnlich derjenigen aus dem in 2 veranschaulichten Stand der Technik, und eine zweite Dichtung 60 liegt stromaufwärts von der ersten Dichtung 50, ebenfalls vom Typ mit Lamellen, und wird von dem radial inneren Teil 7a der ringförmigen Konstruktion 7 des Kompressors getragen.
Dazu weist dieser Teil 7a, der sich im wesentlichen parallel zu der Stütze 13 erstreckt, über dem stromaufwärts gelegenen Flansch 33a einen dritten Flansch 70 auf der sich radial nach innen erstreckt und dessen radial inneres Ende einen ersten Spoiler 71, der sich nach stromabwärts erstreckt, und einen zweiten Spoiler 72, der sich nach stromaufwärts erstreckt.
Die Lamellen 30 der ersten Dichtung 50 liegen an dem freien Ende des ersten Spoilers 7l an. Diese Lamellen werden von Nieten 34 in der Nut 32 zurückgehalten, die den stromaufwärts gelegenen Flansch 33a von dem stromabwärts gelegenen Flansch 33b trennt, und liegen an der stromabwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches 33a und an dem freien Ende des ersten Spoilers 71 dank der Federn 35 an, die ebenfalls von den Nieten 34 zurückgehalten werden und an der stromabwärts gelegenen Seite des stromabwärts gelegenen Flansches 33b anliegen.
Der dritte Flansch 70 grenzt mit dem Teil 7a der ringförmigen Konstruktion eine Kehle 73 ab, welche die Funktion der Nut 32 hat. Von dem dritten Flansch 70 getragene Stifte halten die radial externen Bereiche der Lamellen 30 und Gegendichtungen 31 der zweiten Dichtung 60 zurück.
Der Teil 7a weist auch stromaufwärts von dem dritten Flansch Laschen 74 auf, die zum Halten von zweiten Federn 75 durch Nietung dienen, wobei diese zweiten Federn Kräfte auf die Gegendichtungen 31 und Lamellen 30 der zweiten Dichtung 60 ausüben, damit diese Lamellen einerseits an dem stromaufwärts gelegenen Ende des zweiten Spoilers 72 und an einem dritten Spoiler 76 anliegen, der am Umfang der stromaufwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches 33a anliegen.
Die zwei oben beschriebenen Dichtungen 50 und 60 wirken jeweils wie die in 1 bis 5 beschriebene Dichtung aus dem Stand der Technik, aber in entgegengesetzten Richtungen.
Um zu vermeiden, dass eine dieser Dichtungen die in 4 und 5 gezeigte Konfiguration annimmt, ist die Ausdehnung des ersten und des zweiten Spoilers 71, 72 derart, dass diese Spoiler immer über dem stromaufwärts gelegenen Flansch 33a angeordnet sind, unabhängig von den axialen Relativverschiebungen dieser zwei Elemente im Betrieb. Mit anderen Worten, der Abstand, der die Enden des ersten Spoilers 7l und des zweiten Spoilers 72 trennt, liegt unter der Dicke des stromaufwärts gelegenen Flansches 33a erhöht um die Länge des dritten Spoiler 76.
7 zeigt die Anordnung der ersten Dichtung 50 an der durch den Diffusor und die Verbrennungskammer gebildeten Einheit und die Anordnung der zweiten Dichtung an dem Kompressor vor der Montage dieser zwei Teile.
Diese zwei Teile sind axial im Abstand voneinander angeordnet, so dass bei ihrer axialen Annäherung die erste Dichtung 50 an dem ersten Spoiler 71 anliegt, und die zweite Dichtung 60 gelangt in Anlage an dem dritten Spoiler 76. Wenn der Flansch 16 der ringförmigen Konstruktion 7 und der Flansch 15 des externen Gehäuserings 14 in einer Ankopplungsposition sind, können sie durch Bolzenverbindung befestigt werden. Die Montage geschieht also blind.

Claims

Strahltriebwerk, das von stromaufwärts nach stromabwärts, wobei stromaufwärts und stromabwärts durch die Richtung der Zirkulation des Primärstroms definiert ist, einen Hochdruckkompressor (1), ein Diffusorgitter (10) und eine Verbrennungskammer aufweist, wobei der Hochdruckkompressor einen externen Ring (6) aufweist, die radial die Strömung des Primärstroms abgrenzt und an eine ringförmige Konstruktion (7) angeschlossen ist, die sich radial nach außen erstreckt, wobei das Diffusorgitter in der axialen Verlängerung des externen Kompressorrings (6) ein externes Gehäuse (12) aufweist, das an eine konische Stütze (13) angeschlossen ist, die nach hinten orientiert ist und stromaufwärts den Boden der Verbrennungskammer abgrenzt, wobei die Stütze selbst an einen externen Gehäusering (14) angeschlossen ist, der sich nach stromaufwärts erstreckt und an der ringförmigen Konstruktion (7) durch Befestigungsmittel befestigt ist, wobei die Stütze, der externe Gehäusering und die ringförmige Konstruktion einen Hohlraum (20) um das Diffusorgitter (10) bilden, wobei Luftentnahmeöffnungen (22) in der Stütze (13) vorgesehen sind, um den Kammerboden mit dem Hohlraum (20) zu verbinden, wobei der externe Gehäusering mit Luftentnahmeöffnungen (23) ausgestattet ist und Dichtmittel zwischen der ringförmigen Konstruktion (7) und dem externen Diffusorgittergehäuse (10) vorgesehen sind, um den Hohlraum (20) gegen die Strömung des Primärstroms zu isolieren, wobei die Dichtmittel eine erste Dichtung (50) vom sektorisierten Typ mit dublierten Lamellen von Gegendichtungen aufweist, die von einer Feder beaufschlagt werden, wobei die erste Dichtung (50) in einer ersten Nut (32) angebracht ist, die um den stromaufwärts gelegenen Teil (12a) des externen Gehäuses (12) des Diffursorgitters vorgesehen ist, wobei die Lamellen dieser ersten Dichtung unter der Wirkung von ersten Federn (35) am stromabwärts gelegenen Ende eines ersten Spoilers (71) anliegen, der mit der ringförmigen Konstruktion (7) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmittel ferner eine zweite Dichtung (60) vom sektorisierten Typ mit dublierten Lamellen von Gegendichtungen aufweist, die von einer Feder beaufschlagt werden, wobei die zweite Dichtung (60) in einer zweiten Nut (73) angebracht ist, die unter der ringförmigen Konstruktion (7) vorgesehen ist, wobei die Lamellen dieser zweiten Dichtung unter der Wirkung von zweiten Federn (75) am stromaufwärts gelegenen Ende eines zweiten Spoilers (72) anliegen, der mit der ringförmigen Konstruktion fest verbunden ist, und am stromaufwärts gelegenen Ende eines dritten Spoilers (76), der mit dem stromaufwärts gelegenen Teil (12a) des externen Gehäuses fest verbunden ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nut (32) durch einen stromaufwärts gelegenen Flansch (33a) und einen stromabwärts gelegenen Flansch (33b) abgegrenzt ist, wobei die erste Dichtung und die ersten Federn mittels Nieten (34) gehalten werden, die an den Flanschen befestigt sind, und der dritte Spoiler (76) an der stromaufwärts gelegenen Seite des stromaufwärts gelegenen Flansches (33a) gebildet ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Konstruktion (7) einen radial inneren Teil (7a) aufweist, der nach hinten orientiert ist, und die zweite Nut (73) durch den Teil (7a) und einen dritten Flansch (70) abgegrenzt ist, der über dem stromaufwärts gelegenen Flansch (33a) liegt, wobei sich der erste Spoiler (71) ausgehend von dem radial inneren Ende des dritten Flansches (70) nach stromabwärts erstreckt, wobei dieses Ende ferner den zweiten Spoiler (72) aufweist, der sich nach stromaufwärts erstreckt und an dem die zweite Dichtung (60) anliegt.
Strahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Federn (75) an Laschen (74) befestigt sind, die an der ringförmigen Konstruktion (7) unabhängig von der Befestigung der Lamellen und Gegendichtungen der zweiten Dichtung (60) in der zweiten Nut (73) durch Stifte gebildet sind.