EP3208426A1 - Guide blade formation for a flow machine - Google Patents

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EP3208426A1
EP3208426A1 EP16203029.0A EP16203029A EP3208426A1 EP 3208426 A1 EP3208426 A1 EP 3208426A1 EP 16203029 A EP16203029 A EP 16203029A EP 3208426 A1 EP3208426 A1 EP 3208426A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
vane
positioning means
seal carrier
support surface
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.)
Pending
Application number
EP16203029.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Schlemmer
Manfred Feldmann
Rudolf Stanka
Oliver Thiele
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
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/55—Seals

Definitions

  • the invention relates to a stator blade segment for a turbomachine, in particular for an aircraft engine. Further aspects of the invention relate to a vane element for such a vane segment, a vane ring with at least one vane segment and a turbomachine.
  • a gas turbine stage which has a sealing ring element mounted on a guide blade root by means of a spoke centering.
  • This spoke centering has an inner wall and a peripheral groove receiving it.
  • the inner wall has a, a Nutinnen derivative the circumferential groove facing end face and one of these adjacent, against this angled edge. Between the end face and the flank a rounding is formed as a radius. If, during the intended use of the gas turbine stage, a system of the front face, which is in the direction of flow, on the groove inner surface, this radius reduces the stress load and the wear.
  • the EP 2 722 486 A1 shows a fishmouth seal carrier for a guide vane assembly of a gas turbine.
  • the fishmouth seal carrier has a box profile with two axial legs and two radial legs and a sealing element, which is arranged on one of the axial leg on.
  • An integrally formed axial flange for forming a fish mouth seal is provided on the box profile.
  • a low-pressure turbine which has a plurality of stator stages. At respective radial ends of the stator stages honeycomb structures are arranged to form a seal with low fluid leakage with radially opposite these labyrinth seals on a shaft housing.
  • the object of the present invention is to improve a vane segment, a vane element, a vane ring, and a turbomachine of the type mentioned above, so that these components have a high tightness against fluid leakage even under heavy use.
  • a partial surface of the positioning means abuts against the flange, and respective surface normals of the support surface and the partial surface coincide with each other at an angle other than a zero angle.
  • the transition from the flange to the positioning means may, for example, be in the form of a straight line or a curved line on which the flange and the face can adjoin one another.
  • the transition can also be formed as an edge, for example with an edge rounding, on which the flange and the partial surface adjoin one another.
  • the inclusion of an angle other than a zero angle through the respective surface normals of the support surface and the partial surface is accompanied by the fact that the partial surface can be offset at least in regions relative to the support surface. Accordingly, in the intended use of the guide blade segment as a component of a turbomachine, the partial surface can be recessed in a main flow direction of a working fluid flowing through the latter during operation of the turbomachine with respect to the support surface.
  • the partial surface may, for example, run bevelled at least in regions relative to the support surface. Additionally or alternatively, the partial surface and the support surface may also form at least a portion of a shoulder on the flange.
  • the support surface can be configured as a sealing surface that rotates radially on the flange, against which the partial surface can be set back and additionally or alternatively beveled.
  • SIAS Static Inner Air Seal
  • the vane segment may correspond to a part of a vane ring, and may be formed, for example, as a vane ring segment. Accordingly, the vane segment can be designed, for example, as a third and thus as a 120 ° segment of such a vane ring.
  • the vane segment may include, for example, a radially inner shroud segment, a vane blade or a plurality of vane blades, as well as a radially outer shroud segment, in addition to the flange and the positioning means.
  • the seal carrier can have a sealing element, for example in the form of a brush seal or a honeycomb seal, at a radial end.
  • the support surface may be formed as a sealing surface to reduce fluid leakage between the flange and the seal carrier.
  • the positioning means may engage, for example, in a circumferential radial groove of the seal carrier.
  • the seal carrier may further be fixed to the flange and thus to the vane element by means of a fixing element, which may be formed, for example, as a bolt.
  • the support surface is formed at least substantially as an annular surface segment. This allows a particularly uniform surface pressure be achieved between the seal carrier and the support surface. This has the advantage that a uniform sealing effect on the support surface can be achieved even with dynamic loads of the seal carrier.
  • the positioning means is integrally connected to the flange.
  • the seal carrier has at least one circumferential radial groove with which the positioning means in the arrangement of the seal carrier on the flange is engaged. This is advantageous because the groove allows the flange and the positioning means to engage around the flange at least in some areas when the seal carrier is arranged. As a result, any degrees of freedom of movement between the seal carrier and the vane element are restricted in a simple manner.
  • the positioning means at least two forked positioning mandrels, which engage in the arrangement of the seal carrier on the flange in the circumferential radial groove.
  • the fork-shaped arrangement of the positioning mandrels can also be referred to as spoke centering. Due to the fork-shaped configuration, any rotation of the seal carrier about the two positioning mandrels can be prevented. Thus, a further degree of freedom of movement of the seal carrier can be restricted in a simple manner.
  • a second aspect of the invention relates to a vane member for a vane segment according to the invention, comprising a flange formed in a radial direction of extension of the vane member having a support surface for locating and supporting a seal carrier, and at least one positioning member projecting from the flange in the radial direction of extent the seal carrier relative to the vane element.
  • a partial surface of the positioning means adjoins the flange and respective surface normals of the support surface and the sub-area include an angle different from a zero angle with each other.
  • a third aspect of the invention relates to a vane ring comprising at least one vane segment according to the invention.
  • the vane ring may for example be composed of three 120 ° vane segments. Such a vane ring contributes in an improved way to reducing fluid leakage.
  • a fourth aspect of the invention relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, with at least one guide vane segment according to the invention and additionally or alternatively with at least one guide vane element according to the invention and additionally or alternatively with at least one vane ring.
  • a turbomachine can be operated under a reduced fluid leakage and thus at a particularly high efficiency.
  • the turbomachine is a turbine and the support surface of the flange faces a main flow direction of a working fluid flowing through the latter during operation of the turbomachine.
  • the turbomachine is a compressor and the support surface of the flange faces away from a main flow direction of a working medium flowing through the latter during operation of the turbomachine.
  • Fig. 1 shows a known from the prior art vane segment 50, for a turbomachine.
  • the vane segment 50 has a sealing area 52 on a flat sealing surface 54 to which a radial seal not shown here can be brought into abutment.
  • the vane segment 50 has a serrated centering 56 for the radial seal.
  • the sealing surface 54 extends in the present case over a particularly large, in Fig. 1 hatched area, which also includes a partial surface area of individual centering elements of the serrated centering 56.
  • the installation 57 extends over two fork-shaped centering struts 58 of the centering 56.
  • the installation 57 can also be referred to as a support location on an edge region of the sealing surface 54.
  • a vane element 12 is shown, which in Fig. 2b in a side view according to a in Fig. 2a illustrated by an arrow view direction A together with a seal carrier 30 is shown.
  • the vane element 12 and the seal carrier 30 belong to one in Fig. 2b partial illustrated guide vane segment 10 for a turbomachine not shown here, which may be formed, for example, as an aircraft engine.
  • the vane segment 10 thus comprises the vane element 12 and the seal carrier 30.
  • a guide vane ring, not shown here, can be composed of a plurality of such vane segments 10 and used in the turbomachine.
  • the vane element 12 comprises at least one airfoil 36, a radially inner shroud segment 34, and a radially outer shroud segment (not shown further here).
  • the two shroud segments connect to on opposite sides of the at least one airfoil 36 to this.
  • the vane element 12 comprises a flange 14 formed in a radial extension direction R of the vane element 12 and at least one positioning means 18 protruding from the flange 14 in the radial direction of extension R.
  • the positioning means 18 is in one piece connected to the flange 14.
  • the vane segment is in Fig. 2b pushed along a mounting direction M on the present annular seal carrier 30, so that the seal carrier 30 and the flange 14 abut each other.
  • the flange 14 has a support surface 16 on which the seal carrier 30 is supported in its abutment with the flange 14.
  • the Supporting surface 16 of the flange 14 faces a main flow direction H of a working medium flowing through it during operation of the turbomachine, provided that the turbomachine is configured as a turbine.
  • the support surface 16 of the flange 14 would be remote from the main flow direction H.
  • the support surface 16 serves as a sealing surface with which the seal carrier 30 in its arrangement and support on the flange 14 forms a sealing seat.
  • the support surface 16 is formed at least substantially as an annular surface segment.
  • the "at least substantially training as an annular surface segment” is to be understood that the support surface 16 is designed predominantly as an annular surface segment, but may deviate in areas of an annular shape by the support surface is limited in regions instead of by means of a circular arc, for example by means of a straight line.
  • the support surface 16 in the radial direction of extension R can also be limited by a transition 19 formed, for example, as a straight line and accordingly has no circumferential radial rounding at such a boundary point and deviates slightly from a ring segment shape.
  • a partial surface 20 of the positioning means 18 adjoins the flange 14, wherein respective surface normals 17, 21 of the support surface 16 and the partial surface 20 form an angle ⁇ different from a zero angle.
  • the first surface normal 17 is assigned to the support surface 16, whereas the second surface normal 21 is assigned to the surface 20.
  • the seal carrier 30 in the present case has a circumferential radial groove 32, with which the positioning means 18 in the arrangement of the seal carrier 30 on the flange 14 is engaged.
  • a sealing element 31 designed, for example, as a brush seal or honeycomb seal is arranged.
  • the seal carrier 30 can be fixed to the flange 14 as soon as the seal carrier 30 is brought into abutment with the support surface 16.
  • the positioning means 18 in the present case has two fork-shaped positioning mandrels 22, 24, which in the arrangement of the seal carrier 30 on the flange 14 engage in the circumferential radial groove 32.
  • the bolt 28 can be performed for fixing the seal carrier 30 by one of the two positioning mandrels 22, 24 partially limited recess 26.
  • the positioning mandrels 22, 24 may each be referred to as "Tang".
  • FIG. 2b In the Fig. 2b, Fig. 3 and Fig. 4a In each case different embodiments of the vane element 12 are shown. In these figures, only the first positioning mandrel 22 is shown as representative of both positioning mandrels 22, 24, which conceals the second positioning mandrel 24 in these figures.
  • the partial surface 20 of the positioning mandrel 22 and thus of the positioning means 18 directly adjoins the transition 19.
  • the surface normals 17, 21 include the angle ⁇ , which may also be referred to as the so-called "tang angle”.
  • the embodiment according to Fig. 3 a curved course of the partial surface 20 and thus a curvature of the partial surface 20.
  • the seal carrier 30 can rest flat on the support surface 16, without coming into contact with the part surface 20 and thus the positioning means 18.
  • an arrangement of the seal carrier 30 on the support surface 16 can be ensured under a large surface pressure and thus under a particularly good sealing effect.
  • the vane element 12 may have a shoulder, which in Fig. 4b is shown enlarged according to a detailed view B. The shoulder extends over an adjacent to the support surface 16 flange 15 of the flange 14th
  • a radial position of a vertex of the angle ⁇ can - as in Fig. 2b shown - lie on the transition 19, wherein the partial surface 20 beveled relative to the support surface 16 to this followed.
  • the angle ⁇ can also, as in Fig. 3 shown to change over the course of the surface 20. Due to the fact that the surface normals 17, 21 of the support surface 16 or of the sub-surface 20 enclose the angle ⁇ different from the zero angle, an offset results between the support surface 16 and the sub-surface 20 in the main flow direction H. This offset enables operational deformations of the bearing SIAS (seal carrier 30) can be allowed without it comes with these deformations to a lifting of the seal carrier 30 of the support surface 16.
  • protrusions includes such elements which protrude radially inwardly (in the radial direction of extension R) with respect to the support surface 16 (sealing surface on the flange 14).
  • protrusions includes anti-rotation or sprues.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit: - wenigstens einem Leitschaufelelement (12), welches wenigstens einen in einer radialen Erstreckungsrichtung (R) des Leitschaufelelements (12) ausgebildeten Flansch (14) und zumindest ein in der radialen Erstreckungsrichtung (R) von dem Flansch (14) abragendes Positioniermittel (18) umfasst, und - wenigstens einem Dichtungsträger (30), welcher an dem Flansch (14) angeordnet und mittels des Positioniermittels (18) relativ zu dem Leitschaufelelement (12) ausgerichtet ist, wobei der Flansch (14) eine Stützfläche (16) aufweist, an welcher der Dichtungsträger (30) abgestützt ist, wobei in einem Übergang (19) von dem Flansch (14) zu dem Positioniermittel (18) eine Teilfläche (20) des Positioniermittels (18) an den Flansch (14) angrenzt und jeweilige Flächennormalen (17, 21) der Stützfläche (16) und der Teilfläche (20) einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel (±) miteinander einschließen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Leitschaufelelement (12) für ein Leitschaufelsegment (10), einen Leitschaufelring sowie eine Strömungsmaschine.The invention relates to a stator blade segment (10) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, with: - At least one vane member (12) which at least one in a radial extension direction (R) of the vane member (12) formed flange (14) and at least one in the radial direction (R) of the flange (14) projecting positioning means (18) , and - at least one seal carrier (30) disposed on the flange (14) and aligned relative to the vane element (12) by the positioning means (18), the flange (14) having a support surface (16) to which the seal carrier (30) is supported, wherein in a transition (19) from the flange (14) to the positioning means (18) a partial surface (20) of the positioning means (18) adjacent to the flange (14) and respective surface normals (17, 21) of the support surface (16) and the partial surface (20) include an angle (±) different from a zero angle with each other. The invention further relates to a guide vane element (12) for a vane segment (10), a guide vane ring and a turbomachine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Leitschaufelelement für ein derartiges Leitschaufelsegment, einen Leitschaufelring mit zumindest einem Leitschaufelsegment und eine Strömungsmaschine.The invention relates to a stator blade segment for a turbomachine, in particular for an aircraft engine. Further aspects of the invention relate to a vane element for such a vane segment, a vane ring with at least one vane segment and a turbomachine.

Bei der Herstellung von Strömungsmaschinen ist es bekannt, Leitschaufelringe aus einer Mehrzahl von Leitschaufelsegmenten zusammenzusetzen. Derartige Leitschaufelringe dienen zur Ausrichtung eines beim Betrieb von Strömungsmaschinen durch diese strömenden Mediums (Arbeitsmediums). Mittels der Leitschaufelringe kann bei der Ausrichtung zumindest ein Teil der kinetischen Energie des strömenden Mediums in eine Drallenergie umgewandelt werden. Diese Drallenergie kann genutzt werden, um ein an den Leitschaufelring anschließendes Laufrad zu bewegen (anzutreiben) und dadurch eine mit dem Laufrad verbundene Antriebswelle der Strömungsmaschine in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Um Strömungsmaschinen bei einem möglichst großen Wirkungsgrad zu betreiben, ist es sinnvoll, etwaige Spalte - beispielsweise zwischen dem Leitschaufelring und einem daran in einer radialer Erstreckungsrichtung angrenzenden Wellengehäuseteil - möglichst klein zu halten. Dadurch kann eine ungewollte Fluidleckage des Mediums zumindest weitgehend unterbunden werden.In the manufacture of turbomachines, it is known to assemble vane rings from a plurality of vane segments. Such Leitschaufelringe serve to align a during operation of turbomachines flowing through this medium (working medium). By means of the vane rings, at least a part of the kinetic energy of the flowing medium can be converted into a swirl energy during the alignment. This swirling energy can be used to move (drive) an impeller following the guide blade ring and thereby set a drive shaft of the turbomachine connected to the impeller into a rotational movement. In order to operate turbomachines with the greatest possible efficiency, it makes sense to keep any gaps-for example, between the guide blade ring and a shaft housing part adjacent thereto in a radial extension direction-as small as possible. As a result, unwanted fluid leakage of the medium can be at least largely prevented.

Aus der EP 2 696 039 A1 ist eine Gasturbinenstufe bekannt, welche an einem Leitschaufelfuß ein durch eine Speichenzentrierung gelagertes Dichtringelement aufweist. Diese Speichenzentrierung weist eine Innenwand und eine diese aufnehmende Umfangsnut auf. Die Innenwand weist eine, einer Nutinnenfläche der Umfangsnut zugewandte Stirnfläche sowie eine dieser benachbarte, gegen diese abgewinkelte Flanke auf. Zwischen der Stirnfläche und der Flanke ist eine Verrundung als Radius ausgebildet. Kommt es beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Gasturbinenstufe zu einer Anlage der in Durchströmungsrichtung vorderen Stirnfläche an der Nutinnenfläche reduziert dieser Radius die Spannungsbelastung und den Verschleiß.From the EP 2 696 039 A1 For example, a gas turbine stage is known which has a sealing ring element mounted on a guide blade root by means of a spoke centering. This spoke centering has an inner wall and a peripheral groove receiving it. The inner wall has a, a Nutinnenfläche the circumferential groove facing end face and one of these adjacent, against this angled edge. Between the end face and the flank a rounding is formed as a radius. If, during the intended use of the gas turbine stage, a system of the front face, which is in the direction of flow, on the groove inner surface, this radius reduces the stress load and the wear.

Die EP 2 722 486 A1 zeigt einen Fischmaul-Dichtungsträger für eine Leitschaufelanordnung einer Gasturbine. Der Fischmaul-Dichtungsträger weist ein Kastenprofil mit zwei Axialschenkeln und zwei Radialschenkeln sowie ein Dichtungselement, welches an einem der Axialschenkel angeordnet ist, auf. An dem Kastenprofil ist ein integral ausgebildeter Axialflansch zur Bildung einer Fischmauldichtung vorgesehen.The EP 2 722 486 A1 shows a fishmouth seal carrier for a guide vane assembly of a gas turbine. The fishmouth seal carrier has a box profile with two axial legs and two radial legs and a sealing element, which is arranged on one of the axial leg on. An integrally formed axial flange for forming a fish mouth seal is provided on the box profile.

Aus der EP 2 551 454 A2 ist eine Niederdruckturbine bekannt, welche eine Mehrzahl von Statorstufen aufweist. An jeweiligen radialen Enden der Statorstufen sind Wabenstrukturen angeordnet, um mit radial diesen gegenüberliegenden Labyrinthdichtungen an einem Wellengehäuse eine Dichtstelle mit geringer Fluidleckage zu bilden.From the EP 2 551 454 A2 For example, a low-pressure turbine is known which has a plurality of stator stages. At respective radial ends of the stator stages honeycomb structures are arranged to form a seal with low fluid leakage with radially opposite these labyrinth seals on a shaft housing.

Des Weiteren zeigt die US 4 194 869 einen Leitschaufelcluster mit Befestigungsmitteln zur Lagesicherung des Leitschaufelclusters in einer Gasturbine. Durch die Lagesicherung kann ein etwaiges Umströmen des Leitschaufelclusters an unerwünschten Stellen verringert werden.Furthermore, the shows US 4,194,869 a vane cluster with fastening means for securing the position of the vane cluster in a gas turbine. By securing the position, any flow around the guide blade cluster at undesired locations can be reduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leitschaufelsegment, ein Leitschaufelelement, einen Leitschaufelring, sowie eine Strömungsmaschine der eingangs genannten Art zu verbessern, so dass diese Komponenten auch bei starker Beanspruchung eine hohe Dichtigkeit gegenüber einer Fluidleckage aufweisen.The object of the present invention is to improve a vane segment, a vane element, a vane ring, and a turbomachine of the type mentioned above, so that these components have a high tightness against fluid leakage even under heavy use.

Diese Aufgabe wird durch ein Leitschaufelsegment mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, durch ein Leitschaufelelement mit den Merkmalen von Patentanspruch 6, durch einen Leitschaufelring gemäß Patentanspruch 7 sowie durch eine Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte und umgekehrt anzusehen sind.This object is achieved by a stator blade segment with the features of claim 1, by a vane element with the features of claim 6, by a vane ring according to claim 7 and by a turbomachine according to claim 8. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of each invention aspect are to be regarded as advantageous embodiments of the other aspects of the invention and vice versa.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit:

  • wenigstens einem Leitschaufelelement, welches wenigstens einen in einer radialen Erstreckungsrichtung des Leitschaufelelements ausgebildeten Flansch und zumindest ein in der radialen Erstreckungsrichtung von dem Flansch abragendes Positioniermittel umfasst, und
  • wenigstens einem Dichtungsträger, welcher an dem Flansch angeordnet und mittels des Positioniermittels relativ zu dem Leitschaufelelement ausgerichtet ist, wobei der Flansch eine Stützfläche aufweist, an welcher der Dichtungsträger abgestützt ist.
A first aspect of the invention relates to a stator segment for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, with:
  • at least one vane member which includes at least one flange formed in a radial direction of extension of the vane member and at least one positioning means projecting from the flange in the radial direction of extent, and
  • at least one seal carrier, which is arranged on the flange and aligned by means of the positioning means relative to the vane element, wherein the flange has a support surface on which the seal carrier is supported.

Gemäß der Erfindung grenzt in einem Übergang von dem Flansch zu dem Positioniermittel eine Teilfläche des Positioniermittels an den Flansch an und jeweilige Flächennormalen der Stützfläche und der Teilfläche schließen einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel miteinander ein. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtigkeit zwischen dem Dichtungsträger und dem Flansch verbessert wird, da die Fläche (Stützfläche), an welcher der Dichtungsträger abgestützt ist, im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Systemen kleiner ist und somit eine höhere Flächenpressung zwischen dem Dichtungsträger und der Dichtfläche erfolgt. Des Weiteren kann ein relatives Verkippen des Dichtungsträgers an dem Positioniermittel und ein damit einhergehendes Abheben des Dichtungsträgers von der Stützfläche auch bei großen Belastungen unterbunden werden. Der Dichtungsträger kann beispielsweise als einteiliger, ringförmiger Dichtungsträger ausgebildet sein.According to the invention, in a transition from the flange to the positioning means, a partial surface of the positioning means abuts against the flange, and respective surface normals of the support surface and the partial surface coincide with each other at an angle other than a zero angle. This has the advantage that the tightness between the seal carrier and the flange is improved, since the surface (support surface) on which the seal carrier is supported is smaller in comparison to systems known from the prior art and thus a higher surface pressure between the Seal carrier and the sealing surface takes place. Furthermore, a relative tilting of the seal carrier on the positioning means and a concomitant lifting of the seal carrier from the support surface can be prevented even under heavy loads. The seal carrier may be formed, for example, as a one-piece, annular seal carrier.

Der Übergang von dem Flansch zu dem Positioniermittel kann beispielsweise als eine gerade Linie oder als gebogene Linie ausgebildet sein, an welcher der Flansch und die Teilfläche aneinander angrenzen können. Der Übergang kann auch als Kante, beispielsweise mit einer Kantenverrundung, ausgebildet sein, an welcher der Flansch und die Teilfläche aneinander angrenzen. Mit dem Einschließen eines von einem Nullwinkel verschiedenen Winkels durch die jeweiligen Flächennormalen der Stützfläche und der Teilfläche geht einher, dass die Teilfläche zumindest bereichsweise gegenüber der Stützfläche versetzt sein kann. Dementsprechend kann beim bestimmungsgemäßen Einsatz des Leitschaufelsegments als Bauteil einer Strömungsmaschine die Teilfläche in einer Hauptströmungsrichtung eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums gegenüber der Stützfläche zurückversetzt sein. Die Teilfläche kann dabei beispielsweise gegenüber der Stützfläche zumindest bereichsweise abgeschrägt verlaufen. Zusätzlich oder alternativ können die Teilfläche und die Stützfläche auch zumindest einen Teil eines Absatzes an dem Flansch bilden. Dadurch kann die Stützfläche als radial an dem Flansch umlaufende Dichtfläche ausgestaltet sein, gegenüber welcher die Teilfläche zurückversetzt und zusätzlich oder alternativ abgeschrägt sein kann. Dies ist von Vorteil, da der Dichtungsträger, welcher auch als SIAS (Static Inner Air Seal) bezeichnet werden kann lediglich auf der Stützfläche anliegt und nicht - wie aus dem Stand der Technik bekannt - zusätzlich auf dem Positioniermittel, wodurch eine bessere Dichtwirkung zwischen der Stützfläche und dem Dichtungsträger erzielt werden kann. Bei einer Belastung des Dichtungsträgers infolge des Betriebs der Strömungsmaschine kann damit wirksam unterbunden werden, dass der Dichtungsträger um eine Auflagestelle an dem Positioniermittel kippt und damit von der Stützfläche abhebt, wodurch es zu Fluidleckage kommen kann. Durch die gegenüber der Stützfläche abgeschrägte und zusätzlich oder alternativ zurückversetzte Teilfläche des Positioniermittels wird sichergestellt, dass selbst bei einer belastungsbedingten Relativbewegung zwischen dem SIAS und dem Leitschaufelelement kein Abheben des SIAS von der Stützfläche erfolgt, zumal sich das SIAS nicht in unvorteilhafter Weise an dem Positioniermittel abstützen kann. Somit wird im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ein Kippen des SIAS um das Positioniermittel ausgeschlossen und im - Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen - auch bei starker Beanspruchung eine hohe Dichtigkeit gegenüber einer Fluidleckage erzielt.The transition from the flange to the positioning means may, for example, be in the form of a straight line or a curved line on which the flange and the face can adjoin one another. The transition can also be formed as an edge, for example with an edge rounding, on which the flange and the partial surface adjoin one another. The inclusion of an angle other than a zero angle through the respective surface normals of the support surface and the partial surface is accompanied by the fact that the partial surface can be offset at least in regions relative to the support surface. Accordingly, in the intended use of the guide blade segment as a component of a turbomachine, the partial surface can be recessed in a main flow direction of a working fluid flowing through the latter during operation of the turbomachine with respect to the support surface. In this case, the partial surface may, for example, run bevelled at least in regions relative to the support surface. Additionally or alternatively, the partial surface and the support surface may also form at least a portion of a shoulder on the flange. As a result, the support surface can be configured as a sealing surface that rotates radially on the flange, against which the partial surface can be set back and additionally or alternatively beveled. This is advantageous because the seal carrier, which can also be referred to as SIAS (Static Inner Air Seal), rests only on the support surface and not - as known from the prior art - additionally on the positioning means, whereby a better sealing effect between the support surface and the seal carrier can be achieved. With a load of the seal carrier as a result of the operation of the turbomachine can thus be effectively prevented that the seal carrier tilts around a support point on the positioning and thus lifts off the support surface, which can lead to fluid leakage. By the beveled relative to the support surface and additionally or alternatively set back partial surface of the positioning ensures that even with a load-related relative movement between the SIAS and the vane no lifting of the SIAS from the support surface takes place, especially since the SIAS are not supported unfavorably on the positioning can. Thus, in contrast to solutions known from the prior art, a tilting of the SIAS is excluded by the positioning and achieved - in contrast to known from the prior art solutions - even under heavy stress, a high density against fluid leakage.

Das Leitschaufelsegment kann einem Teil eines Leitschaufelrings entsprechen, und beispielsweise als Leitschaufelringsegment ausgebildet sein. Dementsprechend kann das Leitschaufelsegment beispielsweise als ein Drittel und somit als 120°-Segment eines derartigen Leitschaufelrings gestaltet sein. Das Leitschaufelsegment kann zusätzlich zu dem Flansch und dem Positioniermittel beispielsweise ein radial inneres Deckbandsegment, ein Leitschaufelblatt oder mehrere Leitschaufelblätter, sowie ein radial äußeres Deckbandsegment umfassen. Der Dichtungsträger kann an einem radialen Ende ein Dichtelement, beispielsweise in Form einer Bürstendichtung oder einer Honigwabendichtung aufweisen. Durch ein derartiges Dichtelement kann bei einem bestimmungsgemäßen Einsatz des Leitschaufelsegments in der Strömungsmaschine eine unerwünschte Fluidleckage zwischen dem Dichtelement und beispielsweise einem Gehäusebereich einer Antriebswelle der Strömungsmaschine zumindest verringert werden. Die Stützfläche kann als Dichtfläche ausgebildet sein, um eine Fluidleckage zwischen dem Flansch und dem Dichtungsträger zu verringern. Bei der Anordnung des Dichtungsträgers an dem Flansch kann das Positioniermittel beispielsweise in eine umlaufende radiale Nut des Dichtungsträgers eingreifen. Der Dichtungsträger kann des Weiteren mittels eines Fixierelements, welches beispielsweise als Bolzen ausgebildet sein kann, an dem Flansch und damit an dem Leitschaufelelement festgelegt werden.The vane segment may correspond to a part of a vane ring, and may be formed, for example, as a vane ring segment. Accordingly, the vane segment can be designed, for example, as a third and thus as a 120 ° segment of such a vane ring. The vane segment may include, for example, a radially inner shroud segment, a vane blade or a plurality of vane blades, as well as a radially outer shroud segment, in addition to the flange and the positioning means. The seal carrier can have a sealing element, for example in the form of a brush seal or a honeycomb seal, at a radial end. By means of such a sealing element, undesired fluid leakage between the sealing element and, for example, a housing region of a drive shaft of the turbomachine can be at least reduced when the guide vane segment is used as intended in the turbomachine. The support surface may be formed as a sealing surface to reduce fluid leakage between the flange and the seal carrier. In the arrangement of the seal carrier on the flange, the positioning means may engage, for example, in a circumferential radial groove of the seal carrier. The seal carrier may further be fixed to the flange and thus to the vane element by means of a fixing element, which may be formed, for example, as a bolt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Stützfläche zumindest im Wesentlichen als Ringflächensegment ausgebildet. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Flächenpressung zwischen dem Dichtungsträger und der Stützfläche erzielt werden. Dies hat den Vorteil, dass auch bei dynamischen Belastungen des Dichtungsträgers eine gleichmäßige Dichtwirkung an der Stützfläche erzielt werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the support surface is formed at least substantially as an annular surface segment. This allows a particularly uniform surface pressure be achieved between the seal carrier and the support surface. This has the advantage that a uniform sealing effect on the support surface can be achieved even with dynamic loads of the seal carrier.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Positioniermittel einteilig mit dem Flansch verbunden. Dadurch sind weniger Einzelteile für den Aufbau des Leitschaufelelements nötig. Dies ist von Vorteil, da das Leitschaufelsegment somit unter besonders geringem Montageaufwand hergestellt werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, the positioning means is integrally connected to the flange. As a result, fewer parts are needed for the construction of the vane element. This is advantageous because the vane segment can thus be produced with particularly low assembly costs.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Dichtungsträger wenigstens eine umlaufende radiale Nut auf, mit welcher das Positioniermittel in der Anordnung des Dichtungsträgers an dem Flansch in Eingriff ist. Dies ist von Vorteil, da durch die Nut ein zumindest bereichsweises Umgreifen des Flansches und des Positioniermittels bei der Anordnung des Dichtungsträgers ermöglicht ist. Dadurch werden etwaige Bewegungsfreiheitsgrade zwischen dem Dichtungsträger und dem Leitschaufelelement auf einfache Weise eingeschränkt.In a further advantageous embodiment of the invention, the seal carrier has at least one circumferential radial groove with which the positioning means in the arrangement of the seal carrier on the flange is engaged. This is advantageous because the groove allows the flange and the positioning means to engage around the flange at least in some areas when the seal carrier is arranged. As a result, any degrees of freedom of movement between the seal carrier and the vane element are restricted in a simple manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Positioniermittel wenigstens zwei gabelförmig zueinander angeordnete Positionierdorne auf, welche in der Anordnung des Dichtungsträgers an dem Flansch in die umlaufende radiale Nut eingreifen. Die gabelförmige Anordnung der Positionierdorne kann auch als Speichenzentrierung bezeichnet werden. Durch die gabelförmige Ausgestaltung kann eine etwaige Drehung des Dichtungsträgers um die zwei Positionierdorne unterbunden werden. Somit kann auf einfache Weise ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad des Dichtungsträgers eingeschränkt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the positioning means at least two forked positioning mandrels, which engage in the arrangement of the seal carrier on the flange in the circumferential radial groove. The fork-shaped arrangement of the positioning mandrels can also be referred to as spoke centering. Due to the fork-shaped configuration, any rotation of the seal carrier about the two positioning mandrels can be prevented. Thus, a further degree of freedom of movement of the seal carrier can be restricted in a simple manner.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Leitschaufelelement für ein erfindungsgemäßes Leitschaufelsegment, mit einem in einer radialen Erstreckungsrichtung des Leitschaufelelements ausgebildeten Flansch, welcher eine Stützfläche zum Anordnen und Abstützen eines Dichtungsträgers aufweist, und mit zumindest einem in der radialen Erstreckungsrichtung von dem Flansch abragenden Positioniermittel zum Ausrichten des Dichtungsträgers relativ zu dem Leitschaufelelement.A second aspect of the invention relates to a vane member for a vane segment according to the invention, comprising a flange formed in a radial direction of extension of the vane member having a support surface for locating and supporting a seal carrier, and at least one positioning member projecting from the flange in the radial direction of extent the seal carrier relative to the vane element.

Gemäß der Erfindung grenzt in einem Übergang von dem Flansch zu dem Positioniermittel eine Teilfläche des Positioniermittels an den Flansch an und jeweilige Flächennormalen der Stützfläche und der Teilfläche schließen einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel miteinander ein. Durch ein derartiges Leitschaufelelement wird eine besonders hohe Dichtwirkung zwischen der Stützfläche und einem an dieser abgestützten Dichtungsträger erzielt.According to the invention, in a transition from the flange to the positioning means, a partial surface of the positioning means adjoins the flange and respective surface normals of the support surface and the sub-area include an angle different from a zero angle with each other. By such a vane element, a particularly high sealing effect between the support surface and a supported on this seal carrier is achieved.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Leitschaufelring, umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Leitschaufelsegment. Der Leitschaufelring kann beispielsweise aus drei 120°-Leitschaufelsegmenten zusammengesetzt sein. Ein derartiger Leitschaufelring trägt auf verbesserte Weise zur Verringerung von Fluidleckage bei.A third aspect of the invention relates to a vane ring comprising at least one vane segment according to the invention. The vane ring may for example be composed of three 120 ° vane segments. Such a vane ring contributes in an improved way to reducing fluid leakage.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, mit zumindest einem erfindungsgemäßen Leitschaufelsegment und zusätzlich oder alternativ mit zumindest einem erfindungsgemäßen Leitschaufelelement und zusätzlich oder alternativ mit zumindest einem Leitschaufelring. Eine derartige Strömungsmaschine kann unter einer verringerten Fluidleckage und damit bei einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden.A fourth aspect of the invention relates to a turbomachine, in particular an aircraft engine, with at least one guide vane segment according to the invention and additionally or alternatively with at least one guide vane element according to the invention and additionally or alternatively with at least one vane ring. Such a turbomachine can be operated under a reduced fluid leakage and thus at a particularly high efficiency.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsmaschine eine Turbine und die Stützfläche des Flansches ist einer Hauptströmungsrichtung eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums zugewandt. Dies ist von Vorteil, da bei etwaigen Belastungen des an dem Flansch angeordneten Dichtungsträgers infolge einer Anströmung durch das Arbeitsmedium ein etwaiges Abheben des Dichtungsträgers von der Stützfläche zumindest weitgehend unterbunden werden kann. Der Dichtungsträger liegt somit auch bei dessen Belastung flächig auf der Stützfläche auf, wodurch eine Fluidleckage zwischen dem Dichtungsträger und der Stützfläche verringert oder sogar unterbunden werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the turbomachine is a turbine and the support surface of the flange faces a main flow direction of a working fluid flowing through the latter during operation of the turbomachine. This is advantageous since, under any loading of the seal carrier arranged on the flange, as a result of an inflow through the working medium, any lifting of the seal carrier from the support surface can be at least largely prevented. The seal carrier is thus flat even on its load on the support surface, whereby a fluid leakage between the seal carrier and the support surface can be reduced or even prevented.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsmaschine ein Verdichter und die Stützfläche des Flansches ist einer Hauptströmungsrichtung eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums abgewandt. Dadurch kann auch bei einem Verdichter ein etwaiges Abheben des Dichtungsträgers von der Stützfläche zumindest weitgehend unterbunden werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the turbomachine is a compressor and the support surface of the flange faces away from a main flow direction of a working medium flowing through the latter during operation of the turbomachine. As a result, any lifting of the seal carrier from the support surface can be at least largely prevented even in the case of a compressor.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:

Fig. 1
eine Perspektivansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Leitschaufelsegments;
Fig. 2a
eine Perspektivansicht einer ausschnittsweise dargestellten und für die Erfindung beispielhaften Ausführungsform eines Leitschaufelelements;
Fig. 2b
eine Seitenansicht auf einen Teilbereich des in Fig. 2a gezeigten Leitschaufelelements, auf welchen ein Dichtungsträger aufgeschoben wird;
Fig. 3
eine Seitenansicht auf einen Teilbereich einer weiteren Ausführungsform des Leitschaufelelements, bei welcher eine Teilfläche eines Positioniermittels des Leitschaufelelements eine Wölbung aufweist und unmittelbar an die Stützfläche des Flansches anschließt;
Fig. 4a
eine Seitenansicht auf einen Teilbereich einer weiteren Ausführungsform des Leitschaufelelements, bei welcher der Flansch und das Positioniermittel einen Absatz bilden; und
Fig. 4b
eine Detailansicht eines in Fig. 4a gestrichelt umrandeten Bereichs.
Further features of the invention will become apparent from the claims, the exemplary embodiments and with reference to the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features mentioned below in the exemplary embodiments and feature combinations can be used not only in the specified combination, but also in other combinations, without departing from the scope of the invention. Showing:
Fig. 1
a perspective view of a known from the prior art Leitschaufelsegments;
Fig. 2a
a perspective view of a fragmentary illustrated and exemplary of the invention embodiment of a vane member;
Fig. 2b
a side view of a portion of the in Fig. 2a shown Leitschaufelelements on which a seal carrier is pushed;
Fig. 3
a side view of a portion of another embodiment of the vane element, wherein a partial surface of a positioning means of the vane element has a curvature and immediately adjoins the support surface of the flange;
Fig. 4a
a side view of a portion of another embodiment of the vane element, wherein the flange and the positioning means form a shoulder; and
Fig. 4b
a detailed view of an in Fig. 4a dashed bordered area.

Fig. 1 zeigt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Leitschaufelsegment 50, für eine Strömungsmaschine. Das Leitschaufelsegment 50 weist an einem Dichtbereich 52 eine ebene Dichtfläche 54 auf, an welcher eine hier nicht weiter gezeigte Radialdichtung in Anlage gebracht werden kann. Des Weiteren weist das Leitschaufelsegment 50 eine gezackte Zentrierung 56 für die Radialdichtung auf. Die Dichtfläche 54 erstreckt sich vorliegend über einen besonders großen, in Fig. 1 schraffierten Bereich, welcher auch einen Teilflächenbereich einzelner Zentrierelemente der gezackten Zentrierung 56 umfasst. Die Dichtfläche 54 erstreckt sich dabei bis zu einer linienförmigen Anlage 57 der Zentrierung 56. Die Anlage 57 erstreckt sich dabei über zwei gabelförmig zueinander angeordnete Zentrierstreben 58 der Zentrierung 56. Die Anlage 57 kann auch als Auflagestelle an einem Randbereich der Dichtfläche 54 bezeichnet werden. Aufgrund der Erstreckung der Dichtfläche 54 auf die Zentrierstreben 58 und damit auf Bereiche der Zentrierung 56 kann es zu erhöhter Fluidleckage zwischen der Dichtfläche 54 und der Radialdichtung kommen, wenn die Dichtfläche 54 und die Radialdichtung durch betriebsbedingte Belastungen in einem ungünstigen Winkel zueinander stehen. Dies ist damit zu begründen, dass es zu einem Kippen der Radialdichtung um die Anlage 57 auf der Zentrierung infolge betriebsbedingter Verformungen kommt. Eine Folge davon ist ein Abheben der Radialdichtung von der Dichtfläche 54 und eine Fluidleckage insbesondere in einem Aussparungsbereich 59 zwischen den Zentrierstreben 58, zumal sich die Dichtfläche 54 bereichsweise um diesen Aussparungsbereich 59 herum erstreckt. Fig. 1 shows a known from the prior art vane segment 50, for a turbomachine. The vane segment 50 has a sealing area 52 on a flat sealing surface 54 to which a radial seal not shown here can be brought into abutment. Furthermore, the vane segment 50 has a serrated centering 56 for the radial seal. The sealing surface 54 extends in the present case over a particularly large, in Fig. 1 hatched area, which also includes a partial surface area of individual centering elements of the serrated centering 56. In this case, the installation 57 extends over two fork-shaped centering struts 58 of the centering 56. The installation 57 can also be referred to as a support location on an edge region of the sealing surface 54. Due to the extent of the sealing surface 54 on the centering struts 58 and thus on areas of the centering 56, there may be increased fluid leakage between the sealing surface 54 and the radial seal, when the sealing surface 54 and the radial seal are at an unfavorable angle to each other due to operational stresses. This is due to the fact that there is a tilting of the radial seal around the system 57 on the centering due to operational deformations. One consequence of this is a lifting of the radial seal from the sealing surface 54 and a fluid leakage, in particular in a recess region 59 between the centering struts 58, especially as the sealing surface 54 extends in regions around this recess region 59.

In Fig. 2a ist ein Leitschaufelelement 12 dargestellt, welches in Fig. 2b in einer Seitenansicht gemäß einer in Fig. 2a durch einen Pfeil verdeutlichten Ansichtsrichtung A zusammen mit einem Dichtungsträger 30 gezeigt ist.In Fig. 2a a vane element 12 is shown, which in Fig. 2b in a side view according to a in Fig. 2a illustrated by an arrow view direction A together with a seal carrier 30 is shown.

Das Leitschaufelelement 12 und der Dichtungsträger 30 gehören zu einem in Fig. 2b ausschnittsweise dargestellten Leitschaufelsegment 10 für eine hier nicht weiter dargestellte Strömungsmaschine, welche beispielsweise als Flugtriebwerk ausgebildet sein kann. Das Leitschaufelsegment 10 umfasst also das Leitschaufelelement 12 und den Dichtungsträger 30. Ein hier nicht weiter gezeigter Leitschaufelring kann aus mehreren, derartigen Leitschaufelsegmenten 10 zusammengesetzt und in der Strömungsmaschine eingesetzt werden.The vane element 12 and the seal carrier 30 belong to one in Fig. 2b partial illustrated guide vane segment 10 for a turbomachine not shown here, which may be formed, for example, as an aircraft engine. The vane segment 10 thus comprises the vane element 12 and the seal carrier 30. A guide vane ring, not shown here, can be composed of a plurality of such vane segments 10 and used in the turbomachine.

Das Leitschaufelelement 12 umfasst vorliegend mindestens ein Schaufelblatt 36, ein radial inneres Deckbandsegment 34, und ein hier nicht weiter gezeigtes, radial äußeres Deckbandsegment. Die beiden Deckbandsegmente schließen an zueinander gegenüberliegenden Seiten des mindestens einen Schaufelblatts 36 an dieses an. Des Weiteren umfasst das Leitschaufelelement 12 einen in einer radialen Erstreckungsrichtung R des Leitschaufelelements 12 ausgebildeten Flansch 14 und zumindest ein in der radialen Erstreckungsrichtung R von dem Flansch 14 abragendes Positioniermittel 18. Das Positioniermittel 18 ist vorliegend einteilig mit dem Flansch 14 verbunden.In the present case, the vane element 12 comprises at least one airfoil 36, a radially inner shroud segment 34, and a radially outer shroud segment (not shown further here). The two shroud segments connect to on opposite sides of the at least one airfoil 36 to this. Furthermore, the vane element 12 comprises a flange 14 formed in a radial extension direction R of the vane element 12 and at least one positioning means 18 protruding from the flange 14 in the radial direction of extension R. The positioning means 18 is in one piece connected to the flange 14.

Das Leitschaufelsegment wird in Fig. 2b entlang einer Montagerichtung M auf den vorliegend ringförmigen Dichtungsträger 30 aufgeschoben, so dass der Dichtungsträger 30 und der Flansch 14 aneinander anliegen. Mittels des Positioniermittels 18 werden der Dichtungsträger 30 und das Leitschaufelelement 12 relativ zueinander ausgerichtet. Der Flansch 14 weist eine Stützfläche 16 auf, an welcher der Dichtungsträger 30 in dessen Anlage an dem Flansch 14 abgestützt ist. Die Stützfläche 16 des Flansches 14 ist einer Hauptströmungsrichtung H eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums zugewandt, sofern die Strömungsmaschine als Turbine ausgestaltet ist. Bei einer als Verdichter ausgestalteten Strömungsmaschine wäre hingegen die Stützfläche 16 des Flansches 14 der Hauptströmungsrichtung H abgewandt.The vane segment is in Fig. 2b pushed along a mounting direction M on the present annular seal carrier 30, so that the seal carrier 30 and the flange 14 abut each other. By means of the positioning means 18, the seal carrier 30 and the vane element 12 are aligned relative to each other. The flange 14 has a support surface 16 on which the seal carrier 30 is supported in its abutment with the flange 14. The Supporting surface 16 of the flange 14 faces a main flow direction H of a working medium flowing through it during operation of the turbomachine, provided that the turbomachine is configured as a turbine. In contrast, in the case of a turbomachine designed as a compressor, the support surface 16 of the flange 14 would be remote from the main flow direction H.

Die Stützfläche 16 dient als Dichtfläche, mit welcher der Dichtungsträger 30 in dessen Anordnung und Abstützung an dem Flansch 14 einen Dichtsitz bildet. Die Stützfläche 16 ist vorliegend zumindest im Wesentlichen als Ringflächensegment ausgebildet. Unter der "zumindest im Wesentlichen Ausbildung als Ringflächensegment" ist zu verstehen, dass die Stützfläche 16 überwiegend als Ringflächensegment gestaltet ist, jedoch bereichsweise von einer ringförmigen Gestalt abweichen kann, indem die Stützfläche bereichsweise statt mittels eines Kreisbogens beispielsweise mittels einer geraden Strecke begrenzt ist. Damit ist insbesondere umfasst, dass die Stützfläche 16 in der radialen Erstreckungsrichtung R auch durch einen beispielsweise als gerade Linie ausgebildeten Übergang 19 begrenzt sein kann und dementsprechend an einer solchen Begrenzungsstelle keine umlaufende radiale Verrundung aufweist und geringfügig von einer Ringsegmentgestalt abweicht.The support surface 16 serves as a sealing surface with which the seal carrier 30 in its arrangement and support on the flange 14 forms a sealing seat. In the present case, the support surface 16 is formed at least substantially as an annular surface segment. The "at least substantially training as an annular surface segment" is to be understood that the support surface 16 is designed predominantly as an annular surface segment, but may deviate in areas of an annular shape by the support surface is limited in regions instead of by means of a circular arc, for example by means of a straight line. This includes in particular that the support surface 16 in the radial direction of extension R can also be limited by a transition 19 formed, for example, as a straight line and accordingly has no circumferential radial rounding at such a boundary point and deviates slightly from a ring segment shape.

In dem Übergang 19 von dem Flansch 14 zu dem Positioniermittel 18 grenzt eine Teilfläche 20 des Positioniermittels 18 an den Flansch 14 an, wobei jeweilige Flächennormalen 17, 21 der Stützfläche 16 und der Teilfläche 20 einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel α miteinander einschließen. Die erste Flächennormale 17 ist dabei der Stützfläche 16 zugeordnet, wohingegen die zweite Flächennormale 21 der Teilfläche 20 zugeordnet ist.In the transition 19 from the flange 14 to the positioning means 18, a partial surface 20 of the positioning means 18 adjoins the flange 14, wherein respective surface normals 17, 21 of the support surface 16 and the partial surface 20 form an angle α different from a zero angle. The first surface normal 17 is assigned to the support surface 16, whereas the second surface normal 21 is assigned to the surface 20.

Der Dichtungsträger 30 weist vorliegend eine umlaufende radiale Nut 32 auf, mit welcher das Positioniermittel 18 in der Anordnung des Dichtungsträgers 30 an dem Flansch 14 in Eingriff ist. An einem Ende des Dichtungsträgers 30 ist ein beispielsweise als Bürstendichtung oder Honigwabendichtung ausgebildetes Dichtelement 31 angeordnet.The seal carrier 30 in the present case has a circumferential radial groove 32, with which the positioning means 18 in the arrangement of the seal carrier 30 on the flange 14 is engaged. At one end of the seal carrier 30, a sealing element 31 designed, for example, as a brush seal or honeycomb seal is arranged.

Mittels eines in Fig. 2b gezeigten Fixierelements, welches vorliegend als Bolzen 28 ausgebildet ist, kann der Dichtungsträger 30 an dem Flansch 14 festgelegt werden, sobald der Dichtungsträger 30 mit der Stützfläche 16 in Anlage gebracht ist. Das Positioniermittel 18 weist vorliegend zwei gabelförmig zueinander angeordnete Positionierdorne 22, 24 auf, welche in der Anordnung des Dichtungsträgers 30 an dem Flansch 14 in die umlaufende radiale Nut 32 eingreifen. Der Bolzen 28 kann zum Festlegen des Dichtungsträgers 30 durch eine von den beiden Positionier-dornen 22, 24 bereichsweise begrenzte Aussparung 26 durchgeführt werden. Die Positionierdorne 22, 24 können jeweils auch als "Tang" bezeichnet werden.By means of an in Fig. 2b shown fixing element, which is presently designed as a pin 28, the seal carrier 30 can be fixed to the flange 14 as soon as the seal carrier 30 is brought into abutment with the support surface 16. The positioning means 18 in the present case has two fork-shaped positioning mandrels 22, 24, which in the arrangement of the seal carrier 30 on the flange 14 engage in the circumferential radial groove 32. The bolt 28 can be performed for fixing the seal carrier 30 by one of the two positioning mandrels 22, 24 partially limited recess 26. The positioning mandrels 22, 24 may each be referred to as "Tang".

In den Fig. 2b, Fig. 3 und Fig. 4a sind jeweils unterschiedliche Ausführungsformen des Leitschaufelelements 12 gezeigt. In diesen Figuren ist stellvertretend für beide Positionierdorne 22, 24 lediglich der erste Positionierdorn 22 gezeigt, welcher in diesen Figuren den zweiten Positionierdorn 24 verdeckt.In the Fig. 2b, Fig. 3 and Fig. 4a In each case different embodiments of the vane element 12 are shown. In these figures, only the first positioning mandrel 22 is shown as representative of both positioning mandrels 22, 24, which conceals the second positioning mandrel 24 in these figures.

Die Teilfläche 20 des Positionierdorns 22 und damit des Positioniermittels 18 grenzt direkt an den Übergang 19 an. Die Flächennormalen 17, 21 schließen wie bereits erwähnt den Winkel α ein, welcher auch als sogenannter "Tangwinkel" bezeichnet werden kann.The partial surface 20 of the positioning mandrel 22 and thus of the positioning means 18 directly adjoins the transition 19. As already mentioned, the surface normals 17, 21 include the angle α, which may also be referred to as the so-called "tang angle".

Während die Teilfläche im in Fig. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel als gerade, gegenüber der Stützfläche 16 abgeschrägte Fläche ausgebildet ist, zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 einen gekrümmten Verlauf der Teilfläche 20 und damit eine Wölbung der Teilfläche 20. Ebenso wie bei den in Fig. 2b und Fig. 3 erläuterten Ausführungsformen, ist auch bei der in Fig. 4a dargestellten Ausführungsform sichergestellt, dass der Dichtungsträger 30 flächig auf der Stützfläche 16 aufliegen kann, ohne dabei mit der Teilfläche 20 und somit dem Positioniermittel 18 in Kontakt zu kommen. Dadurch kann eine Anordnung des Dichtungsträgers 30 an der Stützfläche 16 unter einer großen Flächenpressung und damit unter einer besonders guten Dichtwirkung sichergestellt werden. In Fig. 4a ist gezeigt, dass das Leitschaufelelement 12 einen Absatz aufweisen kann, welcher in Fig. 4b gemäß einer Detailansicht B vergrößert dargestellt ist. Der Absatz erstreckt sich dabei über eine an die Stützfläche 16 angrenzende Flanschfläche 15 des Flansches 14.While the part in the in Fig. 2b shown embodiment as a straight, with respect to the support surface 16 beveled surface is formed, the embodiment according to Fig. 3 a curved course of the partial surface 20 and thus a curvature of the partial surface 20. As well as in the Fig. 2b and Fig. 3rd explained embodiments, is also in the in Fig. 4a illustrated embodiment, that the seal carrier 30 can rest flat on the support surface 16, without coming into contact with the part surface 20 and thus the positioning means 18. As a result, an arrangement of the seal carrier 30 on the support surface 16 can be ensured under a large surface pressure and thus under a particularly good sealing effect. In Fig. 4a It is shown that the vane element 12 may have a shoulder, which in Fig. 4b is shown enlarged according to a detailed view B. The shoulder extends over an adjacent to the support surface 16 flange 15 of the flange 14th

Zusammenfassend wird mit der Stützfläche 16 ein entlang dem Leitschaufelelement 12 bereichsweise umlaufendes, unterbrechungsfreies Anlageflächensegment geschaffen, an welchem ein Dichtsitz mit dem Dichtungsträger 30 (SIAS) gebildet werden kann.In summary, with the support surface 16, an interruption-free abutment surface segment circulating in sections along the guide blade element 12 is created, on which a sealing seat with the seal carrier 30 (SIAS) can be formed.

Eine radiale Lage eines Scheitels des Winkels α kann dabei - wie in Fig. 2b gezeigt - auf dem Übergang 19 liegen, wobei die Teilfläche 20 abgeschrägt gegenüber der Stützfläche 16 an diese anschließt. Der Winkel α kann sich jedoch auch, wie in Fig. 3 gezeigt, über dem Verlauf der Teilfläche 20 ändern. Dadurch, dass die Flächennormalen 17, 21 der Stützfläche 16 bzw. der Teilfläche 20 den von dem Nullwinkel verschiedenen Winkel α einschließen, ergibt sich ein Versatz zwischen der Stützfläche 16 und der Teilfläche 20 in der Hauptströmungsrichtung H. Dieser Versatz ermöglicht, dass betriebsbedingte Verformungen des SIAS (Dichtungsträger 30) zugelassen werden können, ohne dass es bei diesen Verformungen zu einem Abheben des Dichtungsträgers 30 von der Stützfläche 16 kommt.A radial position of a vertex of the angle α can - as in Fig. 2b shown - lie on the transition 19, wherein the partial surface 20 beveled relative to the support surface 16 to this followed. However, the angle α can also, as in Fig. 3 shown to change over the course of the surface 20. Due to the fact that the surface normals 17, 21 of the support surface 16 or of the sub-surface 20 enclose the angle α different from the zero angle, an offset results between the support surface 16 and the sub-surface 20 in the main flow direction H. This offset enables operational deformations of the bearing SIAS (seal carrier 30) can be allowed without it comes with these deformations to a lifting of the seal carrier 30 of the support surface 16.

Auch weitere lokale Vorsprünge, welche an die an dem Leitschaufelelement 12 umlaufende Stützfläche 16 angrenzen können, können mit dem Winkel α versehen werden, sodass das SIAS Platz für betriebsbedingte Verformungen erhält und die lokalen Vorsprünge bei der Verformung nicht von dem SIAS berührt werden. Unter den Begriff "Vorsprünge" sind derartige Elemente zu zählen, welche in Bezug auf die Stützfläche 16 (Dichtfläche am Flansch 14) radial nach innen (in der radialen Erstreckungsrichtung R) ragen. Unter den Begriff "Vorsprünge" fallen beispielsweise Verdrehsicherungen oder Angüsse.Also, other local protrusions which may abut the support surface 16 encircling the vane element 12 may be provided with the angle α such that the SIAS receives space for operational deformations and the local protrusions are not touched by the SIAS during deformation. The term "protrusions" includes such elements which protrude radially inwardly (in the radial direction of extension R) with respect to the support surface 16 (sealing surface on the flange 14). For example, the term "protrusions" includes anti-rotation or sprues.

Selbst bei einem Auftreten starker Verformungen zwischen dem SIAS und dem Leitschaufelsegment 10, bzw. dem Leitschaufelring kann durch die vorliegende Erfindung vermieden werden, dass das SIAS in der Hauptströmungsrichtung H um eine aus dem Stand der Technik bekannte, linienförmige Anlage 57 (an der in Fig. 1 gezeigten Zentrierung 56) kippt und dabei ein flacher, kegelförmiger Spalt zwischen dem SIAS und der Stützfläche 16 gebildet wird. Beim Entstehen dieses Spaltes kann es bei aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zu einer erhöhten Fluidleckage kommen.Even if severe deformations occur between the SIAS and the vane segment 10, or the vane ring, it can be avoided by the present invention that the SIAS in the main flow direction H around a known from the prior art, linear system 57 (at the in Fig. 1 shown centering 56) tilts and thereby a flat, conical gap between the SIAS and the support surface 16 is formed. When this gap arises, there may be an increase in fluid leakage in systems known from the prior art.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Leitschaufelsegmentvane segment
1212
LeitschaufelelementGuide vane
1414
Flanschflange
1515
Flanschflächeflange
1616
Stützflächesupport surface
1717
erste Flächennormalefirst surface normal
1818
Positioniermittelpositioning
1919
Übergangcrossing
2020
Teilflächesubarea
2121
zweite Flächennormalesecond surface normal
2222
Positionierdornpositioning mandrel
2424
Positionierdornpositioning mandrel
2626
Aussparungrecess
2828
Bolzenbolt
3030
Dichtungsträgerseal carrier
3131
Dichtelementsealing element
3232
Nutgroove
3434
radial inneres Deckbandsegmentradially inner shroud segment
3636
Leitschaufelblattairfoil
5050
Leitschaufelteilvane member
5252
Dichtbereichsealing area
5454
Dichtflächesealing surface
5656
Zentrierungcentering
5757
Anlageinvestment
5858
ZentrierstrebeZentrierstrebe
5959
Aussparungsbereichrecess portion
αα
Winkelangle
HH
HauptströmungsrichtungMain flow direction
MM
Montagerichtungmounting direction
RR
radiale Erstreckungsrichtungradial extension direction

Claims (10)

Leitschaufelsegment (10) für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, mit: - wenigstens einem Leitschaufelelement (12), welches wenigstens einen in einer radialen Erstreckungsrichtung (R) des Leitschaufelelements (12) ausgebildeten Flansch (14) und zumindest ein in der radialen Erstreckungsrichtung (R) von dem Flansch (14) abragendes Positioniermittel (18) umfasst, und - wenigstens einem Dichtungsträger (30), welcher an dem Flansch (14) angeordnet und mittels des Positioniermittels (18) relativ zu dem Leitschaufelelement (12) ausgerichtet ist, wobei der Flansch (14) eine Stützfläche (16) aufweist, an welcher der Dichtungsträger (30) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Übergang (19) von dem Flansch (14) zu dem Positioniermittel (18) eine Teilfläche (20) des Positioniermittels (18) an den Flansch (14) angrenzt und jeweilige Flächennormalen (17, 21) der Stützfläche (16) und der Teilfläche (20) einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel (α) miteinander einschließen.Guide vane segment (10) for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, with: - At least one vane member (12) which at least one in a radial extension direction (R) of the vane member (12) formed flange (14) and at least one in the radial direction (R) of the flange (14) projecting positioning means (18) , and - at least one seal carrier (30) disposed on the flange (14) and aligned relative to the vane element (12) by the positioning means (18), the flange (14) having a support surface (16) to which the seal carrier (30) is supported, characterized in that
in a transition (19) from the flange (14) to the positioning means (18), a partial surface (20) of the positioning means (18) abuts against the flange (14) and respective surface normals (17, 21) of the support surface (16) and Partial surface (20) include an angle different from a zero angle (α) with each other. Leitschaufelsegment (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stützfläche (16) zumindest im Wesentlichen als Ringflächensegment ausgebildet ist.Guide vane segment (10) according to claim 1,
characterized in that
the support surface (16) is formed at least substantially as an annular surface segment. Leitschaufelsegment (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Positioniermittel (18) einteilig mit dem Flansch (14) verbunden ist.Guide vane segment (10) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the positioning means (18) is integrally connected to the flange (14). Leitschaufelsegment (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtungsträger (30) wenigstens eine umlaufende radiale Nut (32) aufweist, mit welcher das Positioniermittel (18) in der Anordnung des Dichtungsträgers (30) an dem Flansch (14) in Eingriff ist.Guide vane segment (10) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the seal carrier (30) has at least one circumferential radial groove (32) with which the positioning means (18) in the arrangement of the seal carrier (30) on the flange (14) is engaged. Leitschaufelsegment (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Positioniermittel (18) wenigstens zwei gabelförmig zueinander angeordnete Positionierdorne (22, 24) aufweist, welche in der Anordnung des Dichtungsträgers (30) an dem Flansch (14) in die umlaufende radiale Nut (32) eingreifen.Guide vane segment (10) according to claim 4,
characterized in that
the positioning means (18) at least two forked positioning mandrels (22, 24) which engage in the arrangement of the seal carrier (30) on the flange (14) in the circumferential radial groove (32). Leitschaufelelement (12) für ein Leitschaufelsegment (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem in einer radialen Erstreckungsrichtung (R) des Leitschaufelelements (12) ausgebildeten Flansch (14), welcher eine Stützfläche (16) zum Anordnen und Abstützen eines Dichtungsträgers (30) aufweist, und mit zumindest einem in der radialen Erstreckungsrichtung (R) von dem Flansch (14) abragenden Positioniermittel (18) zum Ausrichten des Dichtungsträgers (30) relativ zu dem Leitschaufelelement (12),
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Übergang von dem Flansch (14) zu dem Positioniermittel (18) eine Teilfläche (20) des Positioniermittels (18) an den Flansch (14) angrenzt und jeweilige Flächennormalen (17, 21) der Stützfläche (16) und der Teilfläche (20) einen von einem Nullwinkel verschiedenen Winkel (α) miteinander einschließen.A vane member (12) for a vane segment (10) according to any one of claims 1 to 5, having a flange (14) formed in a radial extension direction (R) of the vane member (12), which has a support surface (16) for placing and supporting a seal carrier (30), and having at least one in the radial direction (R) of the flange (14) projecting positioning means (18) for aligning the seal carrier (30) relative to the vane member (12),
characterized in that
in a transition from the flange (14) to the positioning means (18), a partial surface (20) of the positioning means (18) adjoins the flange (14) and respective surface normals (17, 21) of the support surface (16) and the partial surface (20 ) include an angle (α) different from a zero angle. Leitschaufelring, umfassend zumindest ein Leitschaufelsegment (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.Guide vane ring comprising at least one vane segment (10) according to one of claims 1 to 5. Strömungsmaschine, insbesondere Flugtriebwerk, mit zumindest einem Leitschaufelsegment (10) nach Anspruch 1 und/oder mit zumindest einem Leitschaufelelement (12) nach Anspruch 6 und/oder mit zumindest einem Leitschaufelring nach Anspruch 7.Turbomachine, in particular an aircraft engine, with at least one vane segment (10) according to claim 1 and / or with at least one vane element (12) according to claim 6 and / or with at least one vane ring according to claim 7. Strömungsmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsmaschine eine Turbine ist und die Stützfläche (16) des Flansches (14) einer Hauptströmungsrichtung (H) eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums zugewandt ist.Turbomachine according to claim 8,
characterized in that
the turbomachine is a turbine and the support surface (16) of the flange (14) faces a main flow direction (H) of a working medium flowing through the fluid machine during operation thereof. Strömungsmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strömungsmaschine ein Verdichter ist, und die Stützfläche (16) des Flansches (14) einer Hauptströmungsrichtung (H) eines beim Betrieb der Strömungsmaschine durch diese strömenden Arbeitsmediums abgewandt ist.Turbomachine according to claim 8,
characterized in that
the turbomachine is a compressor, and the support surface (16) of the flange (14) faces away from a main flow direction (H) of a working medium flowing through the latter during operation of the turbomachine.
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