DE602005001231T2

DE602005001231T2 - Verriegelungsmittel für Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE602005001231T2
Application number: DE602005001231T
Authority: DE
Inventors: Stefan Jochen Wagner
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2025-05-19
Also published as: DE602005001231D1; GB0413652D0; US7318704B2; EP1607579B1; US20060018757A1; EP1607579A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau eines Gasturbinentriebwerks. Insbesondere betrifft die Erfindung jene Teile eines Gasturbinentriebwerks, die über ringförmige Teile miteinander verbunden sind, welche gegen eine Relativdrehung im Betrieb des zugeordneten Gasturbinentriebwerks verriegelt sind (beispielsweise EP 1 096 107 ).
Es ist bekannt eine ringförmige Dichtungsplatte mit einer Turbinenscheibe über auf jedem Teil angeordnete, zusammenwirkende Bajonettverschlüsse zu verbinden, und diese Teile gegen eine relative Drehung während des Betriebs des zugeordneten Gasturbinentriebwerks zu verriegeln. Die bekannten Verriegelungsmittel, das heißt Drähte oder Clips, stehen über das Profil des Aufbaus in den den Luftleckstrom umgebenden Aufbau ein und eine betriebsmäßige Drehung hiervon erzeugt beträchtliche Turbulenzen in der Luftleckstrommasse. Dies führt unter anderem zu einem Anstieg der Lufttemperatur und einer Verringerung des Wirkungsgrads des Triebwerks.
Es ist ferner bekannt, Gasturbinentriebwerks-Gehäuse in axialer Ausrichtung miteinander zu verriegeln, indem Muttern und Bolzen benutzt werden, die durch aneinanderliegende Ringflansche an den äußersten Enden der jeweiligen Gehäuse geführt sind. Diese Art der Festlegung erhöht nachteiligerweise das Gewicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehsicherungs-Verriegelung für und an jenen Teilen eines Gasturbinentriebwerks zu schaffen, die über Ringteile verbunden sind, welche zusammenwirkende Bajonett-Fixierungsteile aufweisen.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch eine Drehsicherungs-Verriegelungsvorrichtung zur gegenseitigen Verriegelung von ringförmigen Teilen eines Gasturbinentriebwerks, wobei diese Teile über Bajonettverschlüsse ineinandergreifen, wobei die Verriegelungsvorrichtung aus einem mehrteiligen, langgestreckten Anschlagglied besteht, das ein Paar gestufter Anschläge an jedem Ende des gesamten Verschlußglieds aufweist, wobei im Betrieb ein Anschlag eines jeden Paares gegen eine jeweils gegenüberliegende Stirnfläche in einer Ausnehmung eines Bajonettverschlusses am anderen ringförmigen Teil anstößt, und jeder andere Anschlag des Paares jeweils gegen weitere gegenüberliegende Stirnflächen in einer Ausnehmung in einem zylindrischen Teil des anderen ringförmigen Teils anstößt, und jede Stufe, die durch jedes Paar benachbarter Anschläge auf der Verriegelungseinrichtung definiert ist, ruht auf dem zylindrischen Teil des anderen Paars, wodurch das Auftreten einer Relativdrehung zwischen den Teilen der zusammengebauten Anschlagglieder verhindert wird, die gegen Trennung durch einen entfernbaren halbstarren Draht gehalten werden, der durch ihre Länge hindurchgeführt ist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer Turbinenscheibe und einer Dichtungsplatte, die durch die erfindungsgemäßen Verriegelungsmittel verriegelt ist;
2 ist in größerem Maßstab gezeichnet der freigelegte Turbinenteil gemäß 1;
3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß 2.
4 ist eine perspektivische auseinandergezogene Ansicht der Verriegelungsmittel nach 3.
5 ist in größerem Maßstab gezeichnet eine Teilansicht gemäß 2;
6 zeigt eine abgewandelte Verriegelungsvorrichtung;
7 zeigt Gehäuseteile, die durch eine erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung gegeneinander verriegelt sind.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Ein allgemein mit Bezugszeichen 10 bezeichnetes Gasturbinentriebwerk besitzt einen Kompressor 12, ein Verbrennungssystem 14, ein Turbinensystem 16 und eine Abgasdüse 18.
Gemäß 2 trägt eine Turbinenscheibe 20 in ringförmiger Anordnung Turbinenschaufeln, von denen nur der Teil einer Schaufel dargestellt ist, die mit dem Bezugszeichen 22 versehen ist. Ein Ringraum 24 ist in den im Schaufelfuß angeordneten Nuten 26 im Rand der Scheibe 20 und dem radial inneren Ende einer jeden Schaufel 22 in bekannter Weise vorgesehen, um Kühlluft im Betrieb des Triebwerks 10 den Schaufeln 22 zuzuführen. Der Ausdruck "radial", der in dieser Beschreibung benutzt wird, bedeutet "in Bezug auf die Drehachse der Turbinenscheibe 20".
Es ist eine bekannte, nicht dargestellte Struktur auf der stromaufwärtigen Seite der Scheibe 20 und der Schaufeln 22 vorgesehen, um Kühlluft in die Nähe des Raumes 24 zu fördern. Es wird eine allgemein bekannte Struktur in Form einer ringförmigen Dichtungsplatte 28 benutzt, um das Entweichen von Kühlluft aus dem Ringraum 24 zu verhindern. Die bekannten Merkmale der Dichtungsplatte 28 bestehen aus einem Flansch 30, der axial von der stromaufwärtigen Seite der Dichtungsplatte 28 distanziert ist, und einen Außendurchmesser 32 besitzt, der in die Lippe eines torusförmigen Hohlraums 34 in der stromabwärtigen Seite der Scheibe 20 einpaßt. Der Flansch 30 besitzt mehrere, im gleichen Winkelabstand distanziert angeordnete Ausschnitte, in einem radial inneren Umfangsabschnitt, derart, dass eine bajonettartige Verriegelungseinrichtung 36 gebildet wird.
Der radial innere Teil des Hohlraums 34 weist einen ringförmigen, nach außen abgebogenen Flansch 38 auf, in dem Ausschnitte angebracht sind, um Bajonettglieder 40 zu bilden, wobei die Abmessungen der Ausschnitte derart sind, dass Bajonettglieder 36 auf der Dichtungsplatte 28 zwischen den Bajonettgliedern 40 hindurchtreten können, bevor die Dichtungsplatte 28 soweit gedreht. wird, dass die Bajonettglieder 36 hinter den Bajonettgliedern 40 zu liegen kommen, wie dies in 3 dargestellt ist, auf die nunmehr Bezug genommen wird.
In 3 ist der Flansch 30 ausgespart, um Anschläge 42 auf gegenüberliegenden Seiten benachbarter Bajonettglieder 36 zu schaffen. Der zylindrische Abschnitt des Flansches 38 ist ebenfalls ausgespart und formt auf diese Weise gegenüberliegende Anschläge 44 zwischen benachbarten Bajonettgliedern 40. Ein Verriegelungsglied 46 ist in die ausgesparten Abschnitte eingesetzt und so geformt, dass es an den Anschlägen 42 und 44 angreift, und so die Scheibe 20 und die Dichtungsplatte 28 gegen eine weitere relative Drehung verriegelt.
Nunmehr wird auf 4 Bezug genommen. Das Verriegelungsglied 46 besteht aus einem Aufbau von drei Teilen, nämlich zwei Endstücken 46a und 46c und einem Mittelstück 46b. Die Endstücke 46a und 46c besitzen jeweils eine Stufe 50, 52, die darin ausgebildet sind, und die ihrerseits jeweils Paare von Anschlägen 54, 54a und 56, 56a definieren. Die Endstücke 46a und 46c weisen außerdem Löcher 58, 58a auf, die in koaxialer Ausrichtung durchgebohrt sind. Das Mittelstück 46b besitzt einen Schlitz 60, der über seine Länge ausgebildet ist und der, wenn die drei Teile zusammengebaut sind, auf die Löcher 58 und 58a ausgerichtet ist. Ein weiterer Schlitz 62 ist im Mittelstück 46b in einer Richtung normal zum Schlitz 60 ausgebildet, und er besitzt eine Tiefe, die größer ist als jene des Schlitzes 60, und zwar aus Gründen, die in Verbindung mit 5 beschrieben werden.
Die oberen Abschnitte dieser Seiten 63 der Teile des Verriegelungsgliedes 46 sind axial etwas verdickt, so dass ihre Lage gegen die Bajonettverschluß-Anschläge sowohl an der Scheibe 20 als auch an der Dichtungsplatte 28 gewährleistet ist. Weiter ist die radiale Tiefe der Verriegelungsvorrichtung derart, dass ihre radial innere Oberfläche 65 niemals über den radial inneren Rand des ausgenommenen Abschnitts der Scheibe 20 vorsteht, wie dies am besten aus 5 ersichtlich ist.
Nunmehr wird auf 5 Bezug genommen. Der Einbau des Verriegelungsgliedes 46 in die bereits zusammengebaute Scheibe 20 und Dichtungsplatte 28 wird dadurch erreicht, dass zunächst ein Endstück eines Verriegelungsgliedes, beispielsweise das Endstück 46a, über den ausgenommenen Abschnitt in der Scheibe 20 in einer Richtung radial hiervon, zwischen die Scheiben-Bajonettverschlüsse 40 und die Anschlagstufe 50 am Flansch 38 in der Nähe eines Endes eines Bajonettverschlusses 40 eingesetzt wird. Bei dieser Verbindung erfaßt das Endstück 46a auch den Boden des ausgenommenen Abschnitts in der Dichtungsplatte 28, so dass ihre weitere Bewegung in Radialrichtung verhindert wird. Das Endstück 46a wird in jener Stellung gehalten, während das Endstück 46c in der gleichen Weise, aber am gegenüberliegenden Ende des ausgenommenen Abschnitts eingesetzt wird. Das Mittelstück 46b wird dann zwischen die beiden Endstücke 46a und 46c eingesetzt, und das Mittelstück 46b hält diese Endstücke auseinander. Danach wird unter Benutzung eines geeignet gestalteten Werkzeugs ein Draht 64 entsprechender Länge und entsprechenden Durchmessers in den Schlitz 60 im Mittelstück 46b eingeschoben, bis dessen Enden am Boden des Schlitzes 60 angreifen. Das Eindrücken wird fortgesetzt und bewirkt, dass der Draht 64 sich zu begradigen beginnt und wenn er dies tut, tritt er in den gegenüberliegenden Löcher 58 und 58a ein. Wenn der Draht 64 voll gestreckt ist, was durch das geeignet gestaltete, nicht dargestellte Werkzeug bewirkt wird, das in den erstreckten Schlitz 62 eintritt, kann das Mittelstück 46c nicht mehr weggezogen werden, und nunmehr werden die Scheibe 20 und die Dichtungsplatte 28 über die Anschläge 54, 54a und 56, 56a gegen Relativdrehung verriegelt.
Auch in Axialrichtung kann keine Entnahme erfolgen, weil der radial innere Ringabschnitt 66 der Dichtungsplatte 28 eine Abdeckung bewirkt.
Nunmehr wird auf 6 Bezug genommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht das Verriegelungsglied, das allgemein durch das Bezugszeichen 68 bezeichnet ist, aus einem aus zwei Teilen 70 und 72 bestehenden Aufbau, plus einem Draht 64. Beide Teile 70 und 72 besitzen Stufen 50, 52 und Anschläge 54, 54a und 56, 56a. Sie besitzen auch Löcher 58, 58a, die hindurchgebohrt sind und dem gleichen Zweck dienen, wie oben beschrieben, und es ist ein Schlitz 60 in ihren benachbarten Enden vorgesehen, und diese Schlitze verbinden die jeweiligen Löcher 58, 58a.
Der Teil 70 wird über die ausgenommenen Abschnitte der Bajonett-Fixierungen eingesetzt, wie dies bei dem Beispiel gemäß 1 bis 5 der Fall war. Jedoch muß der Teil 72 auf einem bogenförmigen Pfad eingesetzt werden und um dies zu ermöglichen, sind die Eingriffsenden der Teile gekrümmt, wobei das Ende des Teils 70 konkav ist und das Ende des Teils 72 konvex ist. Der Krümmungsradius und der Punkt, um den der Bogen geschlagen wird, ist durch den Pfeil 74 angedeutet.
Nunmehr wird auf 7 Bezug genommen. Bei diesem Beispiel der vorliegenden Erfindung sind zwei Gehäuse 76 und 78 über Ringflansche 80 und 82 verbunden, und obgleich nicht dargestellt, haben beide Flansche Bajonettverschlüsse, die an ihnen angeordnet sind, und durch die die Gehäuse 76 und 78 im Axialsinn verbunden sind, wie dies unter Bezugnahme auf die Scheibe 20 und die Dichtungsplatte 28 beschrieben wurde.
Wiederum sind, obgleich nicht dargestellt, wenigstens zwei Gruppen gegenüberliegender Bajonettverschlüsse profiliert, um ein mehrteiliges Glied 46 (oder 48) wie oben beschrieben aufzunehmen. Unter der Annahme jedoch, dass das Innere des Gehäuseaufbaus schwierig in Bezug auf den stückweisen Einsatz der mehrteiligen Glieder 46 (oder 48) zu bearbeiten ist, besteht das bevorzugte Verfahren des Einsatzes in einem radialen Einlegen durch die Ränder der Flansche 80, 82. Dies bedeutet, dass die gesamte Anordnung relativ zu jener gemäß 3, 5 und 6 umgekehrt werden muß. Demgemäß würden die Stufen 50 der Verriegelungsmittel an der inneren Oberfläche 84 des Flansches 80 angreifen und die Anschläge 54 würden an den gegenüberliegenden Bajonettendflächen am Flansch 82 angreifen.
Die hier beschriebenen Verriegelungsglieder ergeben eine Anzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Anordnungen, beispielsweise kann die Erfindung bei Bauteilen benutzt werden, die über eine Preßpassung oder eine Spielpassung verbunden werden. Der nicht vorstehende Sitz vermindert eine Verwindung und vermindert dadurch die Betriebstemperaturen. Dies kann die Lebensdauer erhöhen und möglicherweise die Benutzung billiger Materialien ermöglichen. Weiter ist das Verriegelungsglied leicht sowohl zu montieren als auch zu demontieren. Außerdem ist der Haltedraht keinen Betriebsbeanspruchungen oder Vibrationen unterworfen, die durch die hohe Drehzahl des Aufbaus erzeugt werden.
Es sollten wenigstens zwei diametral gegenüberliegende Verriegelungsglieder benutzt werden, um das Auswuchten des rotierenden Aufbaus zu unterstützen. Wenn mehrere Verriegelungsglieder benutzt werden, sollten diese aus den gleichen Gründen im gleichen Winkelabstand über den Aufbau verteilt angeordnet werden.

Claims

Drehsicherungs-Verriegelungsvorrichtung, zur gegenseitigen Verriegelung von ringförmigen Teilen (30, 38) eines Gasturbinentriebwerks (10), wobei diese Teile über Bajonett-Verschlüsse (36, 40) ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung aus einem mehrteiligen, langgestreckten Anschlagglied (46) besteht, das ein Paar gestufter Anschläge (54, 54a, 56, 56a) an jedem Ende des gesamten Verschlußglieds (46) aufweist, wobei im Betrieb ein Anschlag (54, 56) eines jeden Paares gegen eine jeweils gegenüberliegende Stirnfläche (42) in einer Ausnehmung eines Bajonettverschlusses am anderen ringförmigen Teil (38) anstößt, und jeder andere Anschlag (54a, 56a) des Paares jeweils gegen weitere gegenüberliegende Stirnflächen (44) in einer Ausnehmung in einem zylindrischen Teil des anderen ringförmigen Teils (30) anstößt, und jede Stufe, die durch jedes Paar benachbarter Anschläge (54, 54a, 56, 56a) auf der Verriegelungseinrichtung definiert ist, ruht auf dem zylindrischen Teil des anderen Paars (37), wodurch das Auftreten einer Relativdrehung zwischen den Teilen (30, 38) der zusammengebauten Anschlagglieder verhindert wird, die gegen Trennung durch einen entfernbaren halbstarren Draht (64) gehalten werden, der durch ihre Länge hindurchgeführt ist.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus drei Teilen (46a, 46b, 46c) besteht, die betriebsmäßig stirnseitig an Ort und Stelle in den jeweiligen Ausnehmungen angeordnet sind, wobei jedes Endstück (46a, 46c) ein durchgehendes Loch (58, 58a) aufweist, und der Mittelteil (46b) einen Schlitz (60) darin aufweist, der sich nach den Enden erstreckt, und auf die Löcher (58, 58c) und die Enden des Drahtes (64) ausgerichtet ist, wobei die Enden des Drahts für diese Arbeitsweise in den Schlitz (60) derart eingeschoben werden, dass er in die Löcher (58, 58a) ausgebreitet wird, bis der Draht gestreckt ist, wodurch der Aufbau stirnseitig positioniert wird.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei Teilen (70, 72) besteht, die betriebsmäßig stirnseitig an Ort und Stelle in den jeweiligen Ausnehmungen angeordnet sind, wobei jeder Teil (70, 72) einen Schlitz (60) in jenem Ende aufweist, das dem anderen Teil (70, 72) anliegt, wobei ein durchgehendes Loch (58, 58c) von dem Schlitz (60) nach einer gestuften Anschlagfläche (54a, 56a) vorgesehen ist, und die Enden des Drahtes (64) betriebsmäßig in die Schlitze (60) derart eingelegt werden, dass sie in die Löcher (58, 58a) aufgespreizt werden, bis der Draht (64) gestreckt ist und dadurch der Aufbau in stirnseitiger positioneller Beziehung gehalten wird.
Verriegelungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinanderstoßenden Enden der beiden Teile (70, 72) um einen gemeinsamen Mittelpunkt derart gekrümmt sind, dass ein Einpassen in die Ausnehmungen ermöglicht wird, wobei der erste Teil (70) radial nach außen eingesetzt wird und der zweite Teil (72) durch Neigung und Drehung in einer allgemein radial nach außen gerichteten Bewegung eingesetzt wird.