EP2696036A1 - Klemmring für eine Strömungsmaschine - Google Patents

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EP2696036A1
EP2696036A1 EP12179765.8A EP12179765A EP2696036A1 EP 2696036 A1 EP2696036 A1 EP 2696036A1 EP 12179765 A EP12179765 A EP 12179765A EP 2696036 A1 EP2696036 A1 EP 2696036A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
clamping ring
flow channel
sealing
inner ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12179765.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Feldmann
Norbert Schinko
Sebastian Kaltenbach
Christian Dr. Eichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Priority to EP12179765.8A priority Critical patent/EP2696036A1/de
Priority to US13/960,938 priority patent/US9664065B2/en
Publication of EP2696036A1 publication Critical patent/EP2696036A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/10—Stators
    • F05D2240/11—Shroud seal segments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine in particular a thermal turbomachine, such as an aircraft engine or a stationary gas turbine, with a flow channel for a fluid and a housing which surrounds the flow channel radially, wherein between the flow channel and the housing at least one sealing or lining element is arranged.
  • a thermal turbomachine such as an aircraft engine or a stationary gas turbine
  • Thermal turbomachines such as gas turbines or jet engines have long been known.
  • a fluid of combustion gases is generated which drives rotors to rotate thereby generating power or propulsion.
  • the combustion gases have very high temperatures in the flow channel, so that between the flow channel and the housing of the turbomachine lining elements, heat shields and / or cooling channels and insulating elements are provided to adjust a steep temperature gradient from the flow channel to the housing.
  • the casing surrounding the flow channel must also ensure that as far as possible no fluid can escape from the flow channel, so that as far as possible all the combustion gases are available for driving the rotors.
  • this may be difficult to realize due to the complex structure of the enclosure with housing, heat protection plates, lining elements and components for cooling air ducts, since a variety of components must be connected to one another. This can easily lead to the formation of gaps and cavities through which both fluid escape from the flow channel and cooling air could penetrate into the flow channel. For this reason, it is important in the design of the sheath around the flow channel to ensure that between the individual components sealing surfaces are formed, which prevent leaks with respect to the flow channel.
  • metallic spring elements are provided for this purpose, which are arranged on the sealing surfaces of the various components to produce a contact pressure, so that the abutting components are pressed against each other on the sealing surface, so as to achieve a sealing effect.
  • the thermal turbomachine during operation high temperatures occur, so that the metallic spring elements are heated. Due to the thermal heating, the elastic spring forces can be at least partially reduced by plastic deformation, so that the spring elements lose their spring force or the spring force is reduced. This means that during operation, the function of the spring elements for pressing the sealing surfaces can no longer be guaranteed.
  • turbomachine with a sheath for a flow channel, in which the sealing effect of the sheath can be ensured even during operation at high temperatures.
  • a corresponding turbomachine should be simple in design and easy to manufacture.
  • the invention is based on the idea that a reliable sealing of the flow channel can be ensured when a clamping ring is provided in combination with a sealing and / or lining element, which is arranged circumferentially around the flow channel and against at least one acting as a sealing surface contact surface the sealing and / or lining element is arranged adjacent.
  • the clamping ring can already be under compressive stress in the housing, which surrounds the flow channel outside, be arranged, that is to be installed in the manner of a clamping ring, or be arranged in a relaxed state without substantial pressurization.
  • the clamping ring can also be formed as an open or closed ring, wherein an open ring is understood as a ring having a break in the circumferential direction like a clamping ring to change the position of the ends of the open ring, the radius of curvature and thus the residual stress to change the ring.
  • a clamping arrangement of the clamping ring or an arrangement of the clamping ring under compressive stress may already be given by the applied compressive stress pressing against the contact surface of the sealing and / or lining element.
  • the clamping ring can be arranged so that during operation of the turbomachine is heated by the operating temperature of the clamping ring and the clamping ring thermally expands by the heating.
  • the thermal expansion is used here in that the clamping ring or at least parts thereof are moved in the direction of the contact surface of the sealing and / or lining element, in order to maintain or even increase the contact pressure or to avoid the formation of gaps or the like.
  • the clamping ring can be designed so that it has an outer ring and an inner ring, which are arranged in the radial direction, ie in the direction of the longitudinal extent of the rotor blades, spaced from each other.
  • At least one clamping element can be arranged between the outer ring and the inner ring, which is held under elastic tension between the inner ring and the outer ring.
  • the sealing and / or lining element can be clamped between outer ring and inner ring, so that a contact pressure for pressing the contact surface of the sealing and / or lining element is provided to the clamping ring by the clamping element.
  • the contact surface of the sealing and / or lining element can rest against the outside of the inner ring and the outer ring and the inner ring can be connected to one another via an annular web, so that the clamping ring has a C-shaped form in cross section.
  • the C-shaped cross-sectional shape serves on the one hand for receiving the above-described clamping element and the sealing and / or lining element and on the other hand to allow the clamping ring, that the distance between the outer ring and inner ring is variable at least with respect to the free front ends.
  • the annular web can for this purpose have a kink or a curved region, so that at least the inner ring with respect to the curved portion or the kink is pivotable.
  • the inner ring can be more thermally deformed by the possibility of changing at a distance from the outer ring than the outer ring, so that the inner ring can be used to maintain the contact with the contact surface of the sealing and / or lining element, while the outer ring for positioning the clamping ring in Housing is used because its thermal expansion is lower.
  • the sealing and / or lining elements may be designed so that they counteract the thermal expansion of the clamping ring, so that high contact pressures can be realized by establishing a counter-pressure. This can be done, for example, by forming webs on the sealing and / or lining elements, which prevent deformation of the sealing and / or lining elements in the same direction as the clamping ring.
  • the clamping ring may be made of the same material, such as the housing elements on which the clamping ring is arranged to avoid different thermal expansions.
  • the clamping ring can also be made of other materials.
  • the clamping ring may be formed as a separate ring, but also be integrally formed with adjacent components, such as adjacent housing components.
  • adjacent components such as adjacent housing components.
  • a corresponding ring shape can be incorporated.
  • the clamping ring can also be formed segmented, so be formed only partially or partially circumferentially around the flow channel. In this case, it merely has to be ensured that the ends of the clamping ring segment are held in such a way that, upon thermal expansion, a corresponding radial widening of the clamping ring can be produced.
  • the sole accompanying figure shows a purely schematic representation of a partial axial section through the housing and the flow channel of a turbomachine, such as an aircraft engine.
  • FIG. 1 two segments 1, 2 of a housing of a turbomachine, such as an aircraft engine, shown, which are connected to adjacent flange sections 3, 4 by means of screw 5 with each other.
  • the housing surrounds a flow channel 6, in which a rotor is arranged with a rotor blade 7, which is driven by the flow of a fluid, such as combustion gases through the flow channel 6.
  • the partially illustrated rotor blade 7 comprises a shroud 8, on which a sealing tip 9 is provided, which can engage in an inlet lining 10 or a sealing structure, when the rotor blade 7 is radially extended during operation of the turbomachine by the heating and centrifugal forces.
  • the inlet lining or the sealing structure 10 is arranged on a lining segment 11 which separates the flow channel 6 from the housing 1.
  • a heat protection plate 12 and an insulation 13 are also provided radially in the direction of the housing 1, in order to protect the housing 1 from the high temperatures in the flow channel 6.
  • Flow channels for cooling air can be provided between the housing and the lining segment 11 in order to further cool the housing segment 1.
  • the lining segment 11 should seal the flow channel as well as possible.
  • a clamping ring 14 which has a C-shaped structure in cross section. Accordingly, the clamping ring 14 comprises an inner ring 15 which is associated in the radial direction closer to the flow channel 6 as an outer ring 16 which is spaced from the inner ring 15 also formed circumferentially around the flow channel.
  • the inner ring 15 and the outer ring 16 are formed substantially as cylindrical rings.
  • the inner ring 15 and the outer ring 16 are connected to each other via an annular web 17, which is arranged on the inner ring 15 and on the outer ring 16, that results in a substantially C-shaped cross section of the clamping ring 14.
  • the web ring 17 is disposed respectively at the left edges of the inner ring 15 and the outer ring 16.
  • the web ring 17 could also be arranged on the other side of the inner ring 15 and outer ring 16.
  • the web ring 17 is arranged obliquely with respect to the outer ring 16 and has in the region of the connection with the inner ring 15 a kink region 21, so that there is a certain flexibility with respect to a radial load that the distance between the outer ring 16 and inner ring 15 by corresponding buckling the Stegrings 17 or pivoting of the inner ring 15 with respect to the kink point 21 can be reduced.
  • the web ring for this purpose may also have a bent portion or be formed curved itself.
  • the clamping ring 14 which may be formed either as a closed ring circumferentially around the flow channel 6 or as an open ring in the form of a clamping ring with a point of interruption in the circumferential direction, has at the ends of the cross-sectionally C-shaped structure of the clamping ring form-fitting elements in the form of clamping ring fixings 19th and lining fixings 18, which engage on the one hand in the housing 1 and on the other hand in the lining segment 11.
  • a fork-shaped structure is provided in axial section, which surrounds a recess into which the lining fixing 18 of the clamping ring 14 can engage.
  • a circumferential securing to the housing can be realized by a positive locking element at at least one circumferential location and / or a friction and / or interference fit of the clamping ring 14.
  • the lining segment 11 has a contact surface 22 which bears against the outer surface of the inner ring 15.
  • a likewise C-shaped clamping element 20 is arranged, which the outer ring 16 and the heat shield plate 12 and the lining 11 and the Inner ring 15 presses apart.
  • the contact surface 22 of the lining segment 11 is pressed against the outer surface of the inner ring 15. This causes a sealing of the area between the lining segment 11 and the housing 1 from the flow channel 6.
  • the clamping ring 14 may be arranged under compressive stress that also the inner ring 15 presses against the contact surface 22 of the lining segment 11 to effect a seal.
  • a sealing ring 23 is additionally arranged, which engages in a sealing groove 24, which is provided for example on the shroud 25 of a stator to seal the area between the housing segment 2 and Statordeckband 25 against the flow channel 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit einem Strömungskanal (6) und einem Gehäuse (1,2), welches den Strömungskanal radial umgibt, wobei zwischen Strömungskanal und Gehäuse mindestens ein Abdicht- oder Auskleidungselement (11) angeordnet ist, wobei mindestens ein Klemmring (14) vorgesehen ist, der umlaufend um den Strömungskanal angeordnet ist und gegen mindestens eine Anpressfläche (22) des mindestens einen Abdicht- oder Auskleidungselement (11) anliegend angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine insbesondere eine thermische Strömungsmaschine, wie beispielsweise ein Flugtriebwerk oder eine stationäre Gasturbine, mit einem Strömungskanal für ein Fluid und einem Gehäuse, welches den Strömungskanal radial umgibt, wobei zwischen Strömungskanal und Gehäuse mindestens ein Abdicht- oder Auskleidungselement angeordnet ist.
    • STAND DER TECHNIK
  • Thermische Strömungsmaschinen wie Gasturbinen oder Strahltriebwerke sind seit längerem bekannt. Bei diesen Maschinen wird durch Verbrennung von Treibstoff ein Fluid von Verbrennungsgasen erzeugt, welches Rotoren zur Drehung antreibt, um dadurch Energie oder Vortrieb zu erzeugen. Üblicherweise weisen die Verbrennungsgase im Strömungskanal sehr hohe Temperaturen auf, sodass zwischen dem Strömungskanal und dem Gehäuse der Strömungsmaschine Auskleidungselemente, Hitzeschutzbleche und/oder Kühlkanäle sowie Isolierelemente vorgesehen werden, um einen steilen Temperaturgradienten vom Strömungskanal zum Gehäuse einzustellen.
  • Darüber hinaus muss die den Strömungskanal radial umgebende Hülle außerdem dafür sorgen, dass möglichst kein Fluid aus dem Strömungskanal entweichen kann, sodass möglichst die gesamten Verbrennungsgase zum Antrieb der Rotoren zur Verfügung stehen. Dies ist aber unter Umständen durch die komplexe Struktur der Umhüllung mit Gehäuse, Hitzeschutzblechen, Auskleidungselementen und Bauteilen für Kühlluftkanäle schwierig zu realisieren, da vielfältige Komponente miteinander verbunden werden müssen. Dadurch kann es leicht zur Ausbildung von Spalten und Hohlräumen kommen, durch die sowohl Fluid aus dem Strömungskanal entweichen als auch Kühlluft in den Strömungskanal eindringen könnte. Aus diesem Grund ist es wichtig, bei der Konstruktion der Hülle um den Strömungskanal darauf zu achten, dass zwischen den einzelnen Komponenten Dichtflächen ausgebildet sind, welche Leckagen bezüglich des Strömungskanals vermeiden.
  • Im Stand der Technik werden hierzu metallische Federelemente vorgesehen, welche an den Dichtflächen der verschiedenen Komponenten angeordnet werden, um eine Anpresskraft zu erzeugen, sodass die aneinander anliegenden Komponenten an der Dichtfläche gegeneinander gepresst werden, um so eine Dichtwirkung zu erzielen. Allerdings besteht hierbei die Problematik, dass bei den thermischen Strömungsmaschinen im Betrieb hohe Temperaturen auftreten, sodass auch die metallischen Federelemente erwärmt werden. Durch die thermische Erwärmung können die elastischen Federkräfte zumindest teilweise durch plastische Verformung abgebaut werden, sodass die Federelemente ihre Federkraft verlieren bzw. die Federkraft reduziert wird. Dies führt dazu, dass im Betrieb die Funktion der Federelemente zum Anpressen der Dichtflächen nicht mehr garantiert werden kann.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Probleme aus dem Stand der Technik zu beseitigen und insbesondere eine Strömungsmaschine mit einer Umhüllung für einen Strömungskanal bereit zu stellen, bei dem die Dichtwirkung der Umhüllung auch im Betrieb bei hohen Temperaturen gewährleistet werden kann. Eine entsprechende Strömungsmaschine soll jedoch einfach aufgebaut und einfach herstellbar sein.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung geht aus von der Idee, dass eine zuverlässige Abdichtung des Strömungskanals dadurch gewährleistet werden kann, wenn in Kombination mit einem Abdicht- und/oder Auskleidungselement ein Klemmring vorgesehen wird, der umlaufend um den Strömungskanal angeordnet ist und gegen mindestens eine als Dichtfläche wirkende Anpressfläche des Abdicht-und/oder Auskleidungselements anliegend angeordnet ist.
  • Der Klemmring kann bereits unter Druckspannung in dem Gehäuse, welches den Strömungskanal außen umgibt, angeordnet sein, das heißt in der Art eines Spannrings eingebaut sein, oder in entspanntem Zustand ohne wesentliche Druckbeaufschlagung angeordnet sein. Entsprechend kann der Klemmring auch als offener oder als geschlossener Ring ausgebildet sein, wobei unter einem offenen Ring ein Ring verstanden wird, der wie ein Spannring in Umfangsrichtung eine Unterbrechung aufweist, um durch Veränderung der Position der Enden des offenen Rings den Krümmungsradius und somit die Eigenspannung des Rings zu verändern.
  • Bei einer klemmenden Anordnung des Klemmrings bzw. einer Anordnung des Klemmrings unter Druckspannung kann bereits durch die aufgebrachte Druckspannung ein Anpressen an die Anpressfläche des Abdicht- und/oder Auskleidungselements gegeben sein.
  • Darüber hinaus oder alternativ kann der Klemmring so angeordnet werden, dass beim Betrieb der Strömungsmaschine durch die Betriebstemperatur der Klemmring erwärmt wird und sich der Klemmring durch die Erwärmung thermisch ausdehnt. Die thermische Ausdehnung wird hierbei dazu genutzt, dass der Klemmring oder zumindest Teile davon in Richtung der Anpressfläche des Abdicht- und/oder Auskleidungselements bewegt werden, um die Anpresskraft aufrecht zu erhalten oder sogar zu erhöhen bzw. das Ausbilden von Spalten oder dergleichen zu vermeiden. Die bei den Federelementen des Standes der Technik negative Erscheinung, dass durch die Erhöhung der Temperatur beim Betrieb die Dichtwirkung verringert wird, wird hier entsprechend umgekehrt und die thermische Ausdehnung wird genutzt, um eine verbesserte Anlage der Dichtflächen, also der Anpressfläche des Abdicht- und/oder Auskleidungselements an dem Klemmring zu bewirken und somit die Dichtwirkung beim Betrieb zu erhöhen.
  • Der Klemmring kann so ausgestaltet sein, dass er einen Außenring und einen Innenring aufweist, die in radialer Richtung, also in Richtung der Längserstreckung der Rotorschaufeln, beabstandet zueinander angeordnet sind.
  • Zwischen dem Außenring und dem Innenring kann mindestens ein Klemmelement angeordnet sein, welches unter elastischer Verspannung zwischen dem Innenring und dem Außenring gehalten wird. Mittels des Klemmelements kann das Abdicht- und/oder Auskleidungselement klemmend zwischen Außenring und Innenring gehalten werden, sodass auch durch das Klemmelement eine Anpresskraft für das Anpressen der Anpressfläche des Abdicht- und/oder Auskleidungselements an den Klemmring bereitgestellt wird.
  • Die Anpressfläche des Abdicht- und/oder Auskleidungselements kann an der Außenseite des Innenrings anliegen und der Außenring und der Innenring können über einen Ringsteg miteinander verbunden sein, sodass der Klemmring eine C-förmige Form im Querschnitt aufweist. Die C-förmige Querschnittsform dient einerseits zur Aufnahme des oben beschriebenen Klemmelements als auch des Abdicht- und/oder Auskleidungselements und andererseits dazu, dem Klemmring zu ermöglichen, dass der Abstand zwischen Außenring und Innenring zumindest im Bezug auf die freien stirnseitigen Enden veränderbar ist.
  • Der Ringsteg kann hierzu eine Knickstelle aufweisen oder einen gekrümmten Bereich, sodass zumindest der Innenring bezüglich des gekrümmten Bereichs oder der Knickstelle verschwenkbar ist. Dies führt dazu, dass durch die Anordnung des Innenrings in der Nähe des Strömungskanals dieser beim Betrieb stärker erwärmt wird als der weiter entfernt vom Strömungskanal angeordnete Außenring, sodass die thermische Ausdehnung des Innenrings größer ist als die thermische Ausdehnung des Außenrings. Entsprechend kann der Innenring durch die Möglichkeit sich im Abstand zum Außenring zu verändern stärker thermisch verformt werden als der Außenring, sodass der Innenring zur Aufrechterhaltung des Kontakts zur Anpressfläche des Abdicht-und/oder Auskleidungselements verwendet werden kann, während der Außenring zur Positionierung des Klemmrings im Gehäuse verwendet wird, da seine thermische Ausdehnung geringer ist.
  • Die Abdicht- und/oder Auskleidungselemente können so ausgebildet sein, dass sie der thermischen Ausdehnung des Klemmrings entgegenwirken, so dass durch Aufbau eines Gegendrucks hohe Anpresskräfte realisiert werden können. Dies kann beispielsweise durch Anformung von Stegen an die Abdicht- und/oder Auskleidungselemente erfolgen, die einer Verformung der Abdicht- und/oder Auskleidungselemente in derselben Richtung wie der Klemmring entgegenstehen.
  • Der Klemmring kann aus dem gleichen Material gefertigt sein, wie beispielsweise die Gehäuseelemente, an denen der Klemmring angeordnet ist, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen zu vermeiden. Allerdings kann der Klemmring auch aus anderen Werkstoffen gefertigt werden.
  • Der Klemmring kann als separater Ring ausgebildet sein, aber auch einstückig mit benachbarten Komponenten ausgebildet sein, wie z.B. benachbarten Gehäusekomponenten. Hierbei kann durch spanende Bearbeitung wie z.B. Drehen, des Gehäuses oder der Gehäusekomponenten eine entsprechende Ringform eingearbeitet werden. Entsprechend kann der Klemmring auch segmentiert ausgebildet sein, also nur teilweise oder abschnittsweise umlaufend um den Strömungskanal ausgebildet sein. In diesem Fall muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die Enden des Klemmringsegments so gehalten werden, dass bei einer thermischen Ausdehnung eine entsprechende radiale Aufweitung des Klemmrings erzeugt werden kann.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUR
  • Die einzige beigefügte Figur zeigt in einer rein schematischen Darstellung einen teilweisen Axialschnitt durch das Gehäuse und den Strömungskanal einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise eines Flugtriebwerks.
    • AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
  • In der Fig. 1 sind zwei Segmente 1, 2 eines Gehäuses einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise eines Flugtriebwerks, gezeigt, die an aneinander liegenden Flanschabschnitten 3, 4 mittels Schraubverbindungen 5 miteinander verbunden sind. Das Gehäuse umgibt einen Strömungskanal 6, in dem ein Rotor mit einer Rotorschaufel 7 angeordnet ist, der durch die Strömung eines Fluids, wie beispielsweise Verbrennungsgase, durch den Strömungskanal 6 angetrieben wird. Die teilweise dargestellte Rotorschaufel 7 umfasst ein Deckband 8, an welchem eine Dichtspitze 9 vorgesehen ist, welche in einen Einlaufbelag 10 bzw. eine Dichtstruktur eingreifen kann, wenn beim Betrieb der Strömungsmaschine durch die Erwärmung und die Fliehkräfte die Rotorschaufel 7 radial verlängert ist.
  • Der Einlaufbelag bzw. die Dichtstruktur 10 ist an einem Auskleidungssegment 11 angeordnet, welches den Strömungskanal 6 von dem Gehäuse 1 abtrennt. Ausgehend von dem Auskleidungssegment 11 ist radial in Richtung des Gehäuses 1 ferner ein Hitzeschutzblech 12 und eine Isolierung 13 vorgesehen, um das Gehäuse 1 vor den hohen Temperaturen im Strömungskanal 6 zu schützen. Zwischen Gehäuse und Auskleidungssegment 11 können Strömungskanäle für Kühlluft vorgesehen sein, um das Gehäusesegment 1 weiter zu kühlen.
  • Um einen Verlust von Kühlluft in den Strömungskanal 6 oder einen Verlust von Fluid aus dem Strömungskanal und eine damit verbundene Leistungseinbuße zu vermeiden, soll das Auskleidungssegment 11 den Strömungskanal möglichst gut abdichten.
  • Um dies zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein Klemmring 14 vorgesehen, der im Querschnitt eine C-förmige Struktur aufweist. Entsprechend umfasst der Klemmring 14 einen Innenring 15, der in radialer Richtung näher dem Strömungskanal 6 zugeordnet ist als ein Außenring 16, der beabstandet von dem Innenring 15 ebenfalls umlaufend um den Strömungskanal ausgebildet ist. Der Innenring 15 und der Außenring 16 sind im Wesentlichen als zylinderförmige Ringe ausgebildet.
  • Der Innenring 15 und der Außenring 16 sind über einen Ringsteg 17 miteinander verbunden, der so an dem Innenring 15 und an dem Außenring 16 angeordnet ist, dass sich im Wesentlichen ein C-förmiger Querschnitt des Klemmrings 14 ergibt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der beigefügten Figur ist der Stegring 17 jeweils an den linken Rändern des Innenrings 15 und des Außenrings 16 angeordnet. Selbstverständlich könnte der Stegring 17 auch auf der anderen Seite von Innenring 15 und Außenring 16 angeordnet sein. Der Stegring 17 ist schräg gegenüber dem Außenring 16 angeordnet und weist im Bereich der Verbindung mit dem Innenring 15 einen Knickbereich 21 auf, so dass sich bei einer radialen Belastung eine gewisse Flexibilität dahingehend ergibt, dass der Abstand zwischen Außenring 16 und Innenring 15 durch entsprechendes Einknicken des Stegrings 17 bzw. Verschwenken des Innenrings 15 bezüglich der Knickstelle 21 verringert werden kann. Alternativ kann der Stegring zu diesem Zweck auch einen gebogenen Bereich aufweisen oder selbst gekrümmt ausgebildet sein.
  • Der Klemmring 14, der entweder als geschlossener Ring umlaufend um den Strömungskanal 6 oder als offener Ring in Form eines Spannrings mit einer Unterbrechungsstelle in Umfangsrichtung ausgebildet sein kann, weist an den Enden der im Querschnitt C-förmigen Struktur des Klemmrings Formschlusselemente in Form von Klemmringfixierungen 19 sowie Auskleidungsfixierungen 18 auf, die einerseits in das Gehäuse 1 und andererseits in das Auskleidungssegment 11 eingreifen. Am Auskleidungssegment ist hierfür im Axialschnitt eine gabelförmige Struktur vorgesehen, die eine Aussparung umgibt, in die die Auskleidungsfixierung 18 des Klemmrings 14 eingreifen kann.
  • Darüber hinaus kann eine Umfangssicherung zum Gehäuse durch ein Formschlusselement an mindestens einer Umfangsstelle und/oder einen Reibungs- und/oder Presssitz des Klemmrings 14 realisiert sein.
  • Das Auskleidungssegment 11 weist eine Anpressfläche 22 auf, die an der Außenfläche des Innenrings 15 anliegt. Zwischen dem Auskleidungssegment 11 bzw. dem in Richtung des Gehäuses 1 danach angeordneten Hitzeschutzblech 12 einerseits und der Innenfläche des Außenrings 16 ist ein ebenfalls im Querschnitt C-förmiges Klemmelement 20 angeordnet, welches den Außenring 16 und das Hitzeschutzblech 12 bzw. die Auskleidung 11 sowie den Innenring 15 auseinanderdrückt. Dadurch wird die Anpressfläche 22 des Auskleidungssegments 11 gegen die Außenfläche des Innenrings 15 gedrückt. Dies bewirkt eine Abdichtung des Bereichs zwischen dem Auskleidungssegment 11 und dem Gehäuse 1 von dem Strömungskanal 6.
  • Zusätzlich und unabhängig von dem Klemmelement 20 kann der Klemmring 14 unter Druckspannung angeordnet sein, dass auch der Innenring 15 gegen die Anpressfläche 22 des Auskleidungssegments 11 drückt, um eine Abdichtung zu bewirken.
  • An der radialen Innenseite des Innenrings 15 ist zusätzlich ein Dichtring 23 angeordnet, der in eine Dichtnut 24 eingreift, welche beispielsweise an dem Deckband 25 eines Stators vorgesehen ist, um den Bereich zwischen Gehäusesegment 2 und Statordeckband 25 gegenüber dem Strömungskanal 6 abzudichten.
  • Beim Betrieb strömt heißes Fluid durch den Strömungskanal 6, so dass der Innenring 15 des Klemmrings 14 stärker erwärmt wird als der Außenring 16 des Klemmrings 14. Durch die thermische Ausdehnung kommt es zu einer größeren Verformung des Innenrings 15 als beim Außenring 16, so dass der Abstand zwischen Innenring 15 und Außenring 16 aufgrund einer elastischen Verformung im Knickbereich 21 des Stegrings 17 und/oder im Verbindungsbereich des Stegrings 17 mit dem Außenring 16 verringert werden kann. Durch die stärkere Verformung des Innenrings 15 wird der Innenring 15 radial nach außen gedrückt, um gegen die Anpressfläche 22 des Auskleidungssegments 11 zu drücken. Dadurch wird auch bei höheren Betriebstemperaturen gewährleistet, dass eine ausreichende Anlage von Anpressfläche 22 und Außenfläche des Innenrings 15 gegeben ist, so dass die Abdichtung aufrechterhalten werden kann.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des beigefügten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen und Änderungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird.

Claims (12)

  1. Strömungsmaschine mit einem Strömungskanal (6) und einem Gehäuse (1,2), welches den Strömungskanal radial umgibt, wobei zwischen Strömungskanal und Gehäuse mindestens ein Abdicht- und/oder Auskleidungselement (11) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Klemmring (14) vorgesehen ist, der zumindest teilweise umlaufend um den Strömungskanal angeordnet ist und gegen mindestens eine Anpressfläche (22) des mindestens einen Abdicht- und/oder Auskleidungselement (11) anliegend angeordnet ist.
  2. Strömungsmaschine nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring (14) umlaufend um den Strömungskanal als geschlossener Ring ausgebildet ist.
  3. Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring (14) so angeordnet ist, dass bei Betrieb der Strömungsmaschine durch die Erwärmung des Klemmrings die thermische Ausdehnung dazu führt, dass der Klemmring oder Teile davon in Richtung der Anpressfläche (22) des Abdicht- und/oder Auskleidungselements (11) bewegt werden.
  4. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring (14) einen Außenring (16) und einen Innenring (15) umfasst, die in radialer Richtung beabstandet zueinander sind.
  5. Strömungsmaschine nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen Außenring (16) und Innenring (16) mindestens ein Klemmelement (20) angeordnet ist.
  6. Strömungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen Außenring (16) und Innenring (15) das Abdicht- und/oder Auskleidungselement (11) klemmend gehalten wird.
  7. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anpressfläche (22) des Abdicht- und/oder Auskleidungselements (11) an der Außenseite des Innenrings (15) anliegt.
  8. Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Außenring (16)und der Innenring (15) über einen Ringsteg (17) miteinander verbunden sind, der jeweils an der gleichen Seite der stirnseitigen Ränder von Außen- und Innenring angeordnet ist, um einen im Querschnitt C-förmigen Klemmring (14) zu bilden.
  9. Strömungsmaschine nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringsteg (17) einen gekrümmten Bereich oder eine Knickstelle (21) aufweist, bezüglich dem oder der der Innenring (15) verschwenkbar ist, so dass zumindest die dem Ringsteg gegenüber liegenden Ränder des Außen- und Innenrings in ihrem Abstand variierbar sind.
  10. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring Formschlusselemente (18,19) zur Verbindung mit benachbarten Komponenten aufweist.
  11. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring (14) unter Druckspannung in dem Gehäuse aufgenommen ist.
  12. Strömungsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Klemmring (14) einstückig mit dem Gehäuse (1,2) ausgebildet ist.
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