DE3119056A1 - "stroemungsleitvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung" - Google Patents

Description

Strömungsleitvorrichtung und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Axialströmungsmaschinen und betrifft insbesondere Strömungsleitvorrichtungen des nichtrotierenden Typs, wie beispielsweise die Statorbaugruppen von Gasturbinentriebwerken, die Kränze von Leitschaufeln in dem Verdichtungsabschnitt oder dem Turbinenabschnitt eines solchen Triebwerkes haben.

In dem Verdichtungsabschnitt eines Gasturbinentriebwerkes erstreckt sich ein Rotor axial durch den Verdichtungsabschnitt. Ein Stator ist in radialem Abstand von dem Rotor angeordnet und umschließt den Rotor. Kränze von.Laufschaufeln erstrecken sich von dem Rotor nach außen in die Nähe des Stators. Kränze von Leitschaufeln erstrecken sich von dem Stator aus nach innen in die Nähe des Rotors. Ein Strömungs-

weg für Arbeitsmediumgase erstreckt sich axial durch den Verdichtungsabschnitt zwischen dem Rotor und dem Stator.

Ein Beispiel für eine solche Konstruktion findet sich in der US-PS 4 019 320. Bei dieser Konstruktion sind die Leitschaufeln und axial diskrete äußere Luftabdichtungen an einem äußeren Gehäuse abgestützt. Das äußere Gehäuse hat sich in ümfangsrichtung erstreckende Flansche, die beim Zusammenbauen miteinander verschraubt werden. Die Umfangsfestigkeit dieser in ümfangsrichtung durchgehenden Flansche hilft dem äußeren Gehäuse, eine echte Kreisform während Betriebszuständen beizubehalten, während denen das Gehäuse thermischem Wachstum und innerem Druck ausgesetzt ist.

In einigen modernen Triebwerken besteht die Rotorbaugruppe aus einer Rotortrommel und Laufschaufeln. Die Rotortrommel ist axial durchgehend. Zum Zusammenbauen der Leitschaufeln um eine solche Rotortrommel ist das äußere Gehäuse des Stators axial geteilt und mit sich axial erstreckenden Flanschen versehen, die während des Zusammenbauens miteinander verschraubt werden. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion findet sich in der US-PS 2 848 156. Trommelrotoren werden wegen ihres geringen Gewichtes im Vergleich zu verschraubten Konstruktionen benutzt, wegen der besseren Dauerfestigkeit durch die Beseitigung von sich axial erstreckenden Schraubenlöchern und wegen des größeren Spielraums bezüglich der kritischen Drehzahl, der aus ihrer axialen Steifigkeit resultiert.

Gemäß der Erfindung ist ein in Längsrichtung geteiltes inneres Gehäuse, das Kränze von Leitschaufeln trägt, durch eine in Ümfangsrichtung durchgehende äußere Büchse abgestützt, die das in Längsrichtung geteilte innere Gehäuse umschließt.

Gemäß der Erfindung werden die Leitschaufeln einer Statorbaugruppe in mehreren um die Rotorbaugruppe herum angeordne-

ten gekrümmten Segmenten zusammengebaut; eine ringförmige Büchse wird über die gekrümmten Segmente geschoben, um die Segmente in ihrer Lage zu halten.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist ein in Längsrichtung geteiltes inneres Gehäuse, das aus mehreren gekrümmten Segmenten gebildet ist. Jedes Segment des inneren Gehäuses ist axial durchgehend. Jedes Segment des inneren Gehäuses berührt einen Teil von mehr als einem Kranz von Leitschaufeln. Ein weiteres Merkmal ist eine Ringbüchse, die in ümfangsrichtung durchgehend ist. Die Ringbüchse hält das innere Gehäuse in umfangsmäßiger Ausrichtung. Ein weiteres Merkmal ist die Vorrichtung für die Berührung zwischen dem inneren Gehäuse und der Ringbüchse, die gestattet, das innere Gehäuse und die Ringbüchse gegenseitig verschiebbar zusammenzubauen. In einer Ausführungsform ist das innere Gehäuse aus mehr als einer Anzahl von axial durchgehenden Segmenten aufgebaut.

Ein Hauptvorteil der Erfindung ist die Einfachheit, mit der die Statorteile um einen Rotor zusammengebaut werden können. Eine Steigerung des Triebwerkswirkungsgrades ergibt sich aus der echten Kreisförmigkeit der in ümfangsrichtung durchgehenden Ringbüchse, die das Innengehäuse um den Rotor positioniert. Ein weiterer Vorteil ist der größere Wirkungsgrad, der sich aus der aerodynamischen Glätte des axial durchgehenden Strömungsweges im Vergleich zu Konstruktionen ergibt, die mehrere Ringe aufweisen, von denen sich jeder mit einem etwas anderen Durchmesser in den Arbeitsmediumströmungsweg erstreckt. Der Wirkungsgrad des Triebwerks wird durch die enge Entsprechung zwischen dem Rotor und dem Stator vergrößert, die durch die freie radiale Einwärts- und Auswärtsbewegung des in Segmente geteilten Innengehäuses ermöglicht wird, welches an der äußeren Büchse abgestützt ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher

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beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Ver

dichtungsabschnittes eines Gasturbinentriebwerkes, die eine ein Innengehäuse tragende Ringbüchse zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht von

zwei benachbarten gekrümmten Segmenten des Innengehäuses,

Fig. 3 eine Schnittansicht nach der Linie 3-3

von Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Aus

führungsform in einer der Ansicht von Fig. 3 entsprechenden Ansicht,

Fig. 5 eine Querschnittansicht nach der Linie

5-5 von Fig. 1, in der ein Teil der Ringbüchse, des eine Drehung verhindernden Ringes und eines gekrümmten Segmentes des Innengehäuses weggebrochen dargestellt sind,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Verfah

rens des Zusammenbauens der Strömungsleitvorrichtung und

Fig. 7 eine Längsschnittansicht einer weiteren

Ausfuhrungsform in einer Ansicht, die der Ansicht von Fig. 1 entspricht.

Eine Gasturbinentriebwerksausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Teil eines Verdichtungsabschnittes 10 eines solchen Triebwerks ist dargestellt. Der Verdichtungsabschnitt enthält eine Strömungsleitvorrichtung, die sich um eine Achse A des Triebwerks dreht, wie beispielsweise die Rotorbaugruppe 12, und eine Stromungsleitvorrichtung, die sich nicht dreht, wie beispielsweise die die Rotorbaugruppe umgebende Statorbaugruppe 14. Es ist klar, daß die Verwendung dieser Stromungsleitvorrichtungen in gleicher Weise bei dem Turbinenabschnitt eines solchen Triebwerks möglich ist. Mehrere äußere Rohre 15 für Kühlluft umgeben die Statorbaugruppe. Ein ringförmiger Strömungsweg 16 für Arbeitsmediumgase erstreckt sich axial durch das Triebwerk zwischen der Statorbaugruppe und der Rotorbaugruppe. Die Rotorbaugruppe enthält einen Rotor 18. Es ist eine Trommelrotorkonstruktion dargestellt. Die Erfindung ist zwar bei Verwendung in Verbindung mit solchen Rotorkonstruktionen besonders brauchbar, sie ist jedoch auch bei verschraubten Rotoren/ die einzelne Rotorscheiben aufweisen, anwendbar. Die Rotorbaugruppe enthält Kränze von Laufschaufeln, welche sich von dem Rotor aus nach außen erstrecken und durch die einzelnen Laufschaufeln 20 dargestellt sind.

Die Statorbaugruppe 14 ist aus einer Ringbüchse 22 und einem Innengehäuse 24 aufgebaut. Das Innengehäuse erstreckt sich axial in dem Triebwerk außen an dem ringförmigen Strömungsweg 16 für Arbeitsmediumgase. Das Innengehäuse ist aus mehreren gekrümmten Segmenten 26 aufgebaut, die umfangsmäßig einander benachbart sind. Die gekrümmten Segmente sind axial durchgehend. Jedes gekrümmte Segment trägt einen Teil der Leitschaufeln von zwei oder mehr als zwei Leitschaufelkränzen, die durch die einzelnen Leitschaufeln 28 dargestellt sind. Der Ausdruck "axial durchgehend" bezeichnet ein in der Umfangsrichtung ungeteiltes Gebilde. Die Ringbüchse befindet sich außerhalb des Innengehäuses und berührt die Segmente des Innengehäuses. Die Ringbüchse ist aus in

Umfangsrichtung durchgehendem Material hergestellt. Der hier verwendete Ausdruck "durchgehendes Material" bezeichnet ein Material, das durch keine Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. Beispielsweise ist ein axial durchgehendes Material ein Material, das nicht durch eine sich in ümfangsrichtung erstreckende Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. In ümfangsrichtung durchgehendes Material ist ein Material, das nicht durch eine axial ausgerichtete Teilung oder Trennfuge unterbrochen ist. Obgleich das Innengehäuse 24 durch ein Abzapfloch 30 und die Ringbüchse durch ein Abzapfloch 32 unterbrochen sind, werden daher die Segmente des Innengehäuses. · als aus axial durchgehendem Material angesehen, und die Ringbüchse ist aus in Umfangsrichtung durchgehendem Material gebildet, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Ringbüchse 22 kann aus axial durchgehendem Material hergestellt sein oder mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Flansche 34 haben, die miteinander verschraubt sind, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.

Die Ringbüchse 22 hat ein Ende 36 großen Durchmessers und ein Ende 38 kleinen Durchmessers. Die Büchse hat mehrere Flansche 40, die sich in Umfangsrichtung um das Innere des Gehäuses erstrecken. Jeder Flansch hat eine Nut 42, die dem Ende großen Durchmessers zugewandt ist. Jedes Segment des inneren Gehäuses hat mehrere Flansche 44, die sich jeweils in Umfangsrichtung um das Segment und nach außen erstrecken, um in Umfangsrichtung einen entsprechenden Flansch der Büchse mit Schiebesitz zu erfassen. Jeder Flansch an dem Innengehäuse erstreckt sich axial in eine der Nuten in Richtung zu dem Ende kleineren Durchmessers der Ringbüchse hin. Jeder Flansch an der Büchse befindet sich radial außerhalb eines Flansches an dem Innengehäuse, der vollständig zwischen dem Flansch an der Büchse und dem Ende kleineren Durchmessers der Büchse angeordnet ist.

Eine Vorrichtung zum Verhindern einer Drehbewegung zwischen einem inneren Gebilde, wie beispielsweise dem Innengehäuse 24, und einem äußeren Gebilde, wie beispielsweise der Ringbüchse 22, erstreckt sich zwischen dem Innengehäuse und der Ringbüchse an dem Ende großen Durchmessers und an dem Ende kleinen Durchmessers der Ringbüchse. In dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung ein kerbverzahnter Ring 46, der weiter unten erläutert und in Fig. 5 dargestellt ist.

Mehrere Mantelringe 48 erstrecken sich in ümfangsrichtung um das Innere des Triebwerks. Die Mantelringe befinden sich einwärts des ringförmigen Strömungsweges 16 für Arbeitsmediumgase und sind durch einen radialen Spalt C von dem Rotor 18 getrennt.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Teils von zwei gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses sowie die Kränze von Leitschaufeln 28, die Mantelringe 48 und die Flansche 44. Jeder Flansch 44 des Innengehäuses hat Lücken 50, die die ümfangskontinuxtat des Flansches unterbrechen. Eine dünne Abschirmung 52 aus Blech hindert die Arbeitsmediumgase am Durchgang durch die Lücken 50.

Jeder Mantelring 48 berührt einen entsprechenden Kranz von Leitschaufeln 28. Jeder Mantelring ist in Segmente geteilt, und jedes Segment des Mantelringes berührt mehrere Leitschaufeln. Der Ausdruck "mehrere" soll jede Anzahl umfassen, die größer als eins ist. In der gezeigten Ausführungsform berührt jedes Segment des Mantesringes die inneren Enden von drei Leitschaufeln, welche sich von einem einzelnen gekrümmten Segment 26 des Innengehäuses 24 nach innen erstrecken. Jedes Segment des Mantelringes ist in Umfangsrichtung von dem benachbarten Segment durch einen Spalt D getrennt. Die gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses 24 sind umfangsmäßig einander benachbart und durch einen Spalt E voneinander getrennt.

Gemäß Fig. 3 erstreckt sich eine Dichtvorrichtung in Form einer Federkeildichtung 54 in Umfangsrichtung zwischen den benachbarten gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses 24. Die Segmente des Innengehäuses könnten auch in Umfangsrichtung einander überlappen, um eine Abdichtung zu schaffen. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 5 zeigt einen Teil des kerb- oder keilnutverzahnten Ringes 46, des Innengehäuses 24 und der Ringbüchse 22. Der Ring erfaßt die Ringbüchse an mehreren Keilnutverzahnungsverbindungen 56 und erfaßt ein gekrümmtes Segment 26 des Innengehäuses an einer Innenkeilnutverzahnungsverbindung 58. Die Umfangsteile des gekrümmten Segments können sich auf jeder Seite der inneren Keilnutverzahnungsverbindung frei in Umfangsrichtung bezüglich der Büchse bewegen. Gemäß Fig. 1 schließen ein stromaufwärtiges Gehäuse 60 und ein Flansch 44 an dem Innengehäuse den Ring 46 in axialer Richtung ein. Der Ring 46 kann in Umfangsrichtung durchgehend oder aus mehreren Segmenten aufgebaut sein. Andere Vorrichtungen zum Verhindern einer Drehbewegung zwischen einem inneren Gebilde und einer äußeren Büchse können benutzt werden, wie beispielsweise ein radialer Stift in einem Flansch 140 und ein Schlitz in einem Flansch 144 (Fig. 7).

Fig. 6 veranschaulicht an einer schematischen Darstellung eines Teils des Verdichtungsabschnittes ein grundsätzlich neues Verfahren zum Aufbauen einer Statorbaugruppe um einen Rotor.

Fig. 6a zeigt den ersten Schritt des Herstellens der Rotorbaugruppe 12. Die Rotorbaugruppe enthält einen Rotor 18. Der Rotor kann ein Trommelrotor oder eine verschraubte Konstruktion aus einzelnen Scheiben und Distanzstücken sein. Ein Trommelrotor ist dargestellt. Kränze von Laufschaufeln 20 sind an den Rotor angebaut und erstrecken sich von dem Rotor aus nach außen. Jeder Laufschaufelkranz hat axialen Abstand

von dem benachbarten Laufschaufelkranz, so daß zwischen ihnen ein axialer Zwischenraum besteht.

Fig. 6a zeigt den Schritt des Hersteilens eines Innengehäuses 24 aus wenigstens zwei gekrümmten Segmenten 26, die sich in Längsrichtung erstrecken. In der schematischen Darstellung sind zwei gekrümmte Segmente gezeigt. Zwei oder mehr als zwei Leitschaufelkränze 28 werden an jedes Segment angebaut. Die Leitschaufeln jedes Segments erstrecken sich von dem gekrümmten Segment aus nach innen. Die Leitschaufeln der Leitschaufelkränze weisen axialen Abstand voneinander auf, so daß ein axialer Zwischenraum zwischen ihnen verbleibt.

Fig. 6a zeigt den Schritt des Positionierens jedes gekrümmten Segmentes 26 des Innengehäuses radial außerhalb der Rotorbaugruppe 12 derart, daß die gekrümmten Segmente gegenseitigen ümfangsabstand haben. Die Leitschaufelkränze sind jeweils in einer Linie gegenüber einem entsprechenden axialen Zwischenraum zwischen den Laufschaufelkränzen angeordnet, und die Laufschaufelkränze sind jeweils in einer Linie gegenüber einem entsprechenden Zwischenraum zwischen den Leitschaufelkränzen angeordnet.

Fig. 6b zeigt den Abschluß des Schrittes des Zusammenbauens des inneren Gehäuses und der Rotorbaugruppe durch Bewegen der gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses nach innen zu der Längsachse der Rotorbaugruppe hin, so daß die Laufschaufelkränze und die Leitschaufelkränze zwischen einander zu liegen kommen. Die Segmente des Innengehäuses können durch einen vorbestimmten Abstand E in Umfangsrichtung voneinander getrennt sein.

Das Zusammenbauen eines vertikal ausgerichteten Innengehäuses 24 mit einer vertikal ausgerichteten Rotorbaugruppe 12-beseitigt die Notwendigkeit von Bändern, um das Innengehäuse in

der zusammengefügten Position zu halten. Das Zusammenbauen eines horizontal ausgerichteten Innengehäuses mit einer horizontal ausgerichteten Rotorbaugruppe könnte Umfangsbänder, wie beispielsweise Baumwollschnüre, und Beilagen erfordern, um den erforderlichen Spalt E aufrecht zu erhalten. Die Schnur 60 ist gestrichelt dargestellt.

Fig. 6c zeigt den Schritt des Hersteilens einer Ringbüchse, die eine Längssymmetrieachse hat.

Fig. 6d zeigt den Schritt des Zusammenbauens der Ringbüchse 22 mit den gekrümmten Segmenten 26 des Innengehäuses 24 und der Rotorbaugruppe 12. Der Schritt beinhaltet das Ausrichten der Symmetrieachse der Rotorbaugruppe auf die Symmetrieachse der Büchse und das Relativbewegen der Büchse und des inneren Gehäuses, so daß sich die Büchse in jedes Segment des Innengehäuses einschiebt.

Fig. 6e zeigt die Rotorbaugruppe 12, das Innengehäuse 24 und die Ringbüchse 22 im zusammengebauten Zustand.

Fig. 7 zeigt eine Alternative zu der Ausführungsform von Fig. 1, bei der ein Innengehäuse 124 aus wenigstens zwei Anzahlen von gekrümmten Segmenten, die axial durchgehend sind, aufgebaut ist. Das Innengehäuse 124 hat eine erste Anzahl von gekrümmten Segmenten 126, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind. Jedes gekrümmte Segment 126 ist axial durchgehend. Jedes gekrümmte Segment 126 trägt einen Teil von wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln 128. Weiter hat das Innengehäuse eine zweite Anzahl von gekrümmten Segmenten 127, die in Umfangsrichtung einander benachbart sind. Jedes gekrümmte Segment 127 liegt an einem entsprechenden gekrümmten Segment 126 der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten an. Jedes gekrümmte Segment 127 trägt einen Teil von nicht weniger als zwei Kränzen von Leitschaufeln. Eine Ringbüchse 122 aus in umfangsrichtung durchgehendem Material berührt außer-

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halb des Innengehäuses die gekrümmten Segmente 126, 127 des Innengehäuses, um die Segmente umfangsmäßig ausgerichtet zu halten.

Jedes Segment der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten ist an einem entsprechenden Segment 127 der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten integral befestigt. Die Segmente können, beispielsweise, durch Nieten 160 oder durch andere geeignete Befestigungsmittel, wie beispielsweise mehrere Schrauben und Muttern, aneinander befestigt sein. Die Ringbüchse 122, die die gekrümmten Segmente umschließt, hat mehrere Flansche 140, welche gegenseitigen axialen Abstand aufweisen. Die Flansche erstrecken sich in ümfangsrichtung um das Innere der Ringbüchse. Jedes gekrümmte Segment 126, 127 des Innengehäuses 124 hat wenigstens einen Flansch 144, wobei sich jeder Flansch in ümfangsrichtung um das gekrümmte Segment und nach außen erstreckt, um einen entsprechenden Flansch der Büchse mit Schiebesitz in Ümfangsrichtung zu erfassen. In der gezeigten Ausführungsform ist jedes Segment der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten 126 an einem entsprechenden Segment an einem Flansch 144 eines gekrümmten Segments integral befestigt. Eine Vorrichtung zum axialen Haltern, wie der dargestellte Sprengring 166, faßt in eine Nut 168 in dem äußeren Gehäuse ein. Der Sprengring liegt an einem stromaufwärtigen Flansch an jedem Segment des Innengehäuses an, wie beispielsweise an dem Flansch 144.

Jedes gekrümmte Segment des Innengehäuses 126, 127 hat mehrere Abriebstreifen, die durch den einzelnen Abriebstreifen 170 und den einzelnen Abriebstreifen 172 dargestellt sind. Jedes Segment hat mehrere Flansche 174 zur Verstärkung. Jeder Flansch erstreckt sich von einem entsprechenden Segment nach außen und befindet sich außerhalb des Abriebstreifens.

Das Innengehäuse 124 hat wenigstens eine Abzapföffnung 130 für Arbeitsmediumgase. Die Ringbüchse 122 hat eine entsprechen-

de AbzapfÖffnung 132 für Arbeitsmediumgase, die mit der Abzapföffnung in dem Innengehäuse in Verbindung steht. Wenigstens ein Dichtungsteil 176 erstreckt sich in ümfangsrichtung um das Innengehäuse und ist zwischen den Abzapföffnungen und einem Flansch 144 des Innengehäuses angeordnet. Das Dichtungsteil besteht aus mehreren gekrümmten Dichtungssegmenten 178, von denen jedes ein gekrümmtes Segment des Innengehäuses berührt, wie beispielsweise das gekrümmte Segment 126 oder das gekrümmte Segment 127, und sich nach außen bis in die Nähe der Ringbüchse 122 erstreckt.

Im Betrieb eines Gasturbinentriebwerks strömen gemäß Fig. 1 Arbeitsmediumgase auf dem Strömungsweg 16. Die Gase gehen durch die Kränze von Leitschaufeln 28 und Laufschaufeln 20 hindurch. Die Rotorbaugruppe 12 und die Ständerbaugruppe 14 leiten die Arbeitsmediumgase auf dem Strömungsweg. Insbesondere ist der Spalt C zwischen der Rotorbaugruppe und der Ständerbaugruppe klein genug, um das Vorbeilecken von Arbeitsmediumgasen an den inneren Enden der Leitschaufeln und den äußeren Enden der Laufschaufeln zu blockieren.

Die Betriebstemperaturen dieser Baugruppen sowie die Drehkräfte, die auf die Rotorbaugruppe 12 einwirken, verursachen eine Relativbewegung zwischen der Statorbaugruppe 14 und der Rotorbaugruppe. In einigen Fällen vergrößert diese Relativbewegung den Spalt C zwischen der Rotorbaugruppe und der Statorbaugruppe. Kühlluft wird durch die äußeren Rohre 15 hindurchgeleitet und trifft auf die Ringbüchse 22 der Statorbaugruppe auf. Die Kühlluft führt Wärme von der Ringbüchse weg, was zur Folge hat, daß sich die Ringbüchse zusammenzieht und nach innen bewegt. Die Enden der gekrümmten Segmente 26 auf jeder Seite der inneren Keilnutverbindung 56 können sich in bezug auf die Ringbüchse frei in ümfangsrichtung verschieben. Wenn sich die Ringbüchse nach innen bewegt, bewirkt sie, daß das Innengehäuse einen kleineren Durchmesser erhält, wodurch der Spalt C zwischen der sich drehenden Baugruppe und

der Statorbaugruppe verkleinert wird. Durch das Verkleinern des Spalts wird die Einbuße an aerodynamischem Wirkungsgrad, die durch Leckage der Arbeitsmediumgase durch den Spalt hindurch verursacht wird, verringert.

Das Innengehäuse 24, das aus umfangsmäßig benachbarten gekrümmten ^Segmenten 26 aufgebaut ist, hat im Vergleich zu umfangsmäßig durchgehenden Gehäusen eine geringere Umfangsfestigkeit. Die Spalte 50 in den Flanschen 44, die sich zwischen dem inneren Gehäuse und der Ringbüchse erstrecken, verringern die Umfangsfestigkeit des Innengehäuses weiter. Ebenso ist der Mantelring 48 in Segmente geteilt, um die umfangsfestigkeit des Mantelringes zu verringern. Die Verringerung der umfangsfestigkeit des Mantelringes und der gekrümmten Segmente verringert den Verzögerungseffekt, den das Innengehäuse auf das Wärmeansprechverhalten der Ringbüchse ausübt.

Wenn die Arbeitsmediumgase durch die Kränze von Leitschaufeln 28 hindurchgehen, üben die Gase eine ümfangskraft auf die Leitschaufeln aus. Der Mantelring 48 berührt die inneren Enden von mehreren Leitschaufeln und stützt zusammen mit einem gekrümmten Segment 26 die Leitschaufeln gegen diese Kraft geführt und freitragend ab. Diese ümfangskraft wird über die Leitschaufeln, die gekrümmten Segmente 26 des inneren Gehäuses und den keilnutverzahnten Ring 46 nach außen auf die Ringbüchse 22 übertragen. Da sich der keilnutverzahnte Ring 46 in radialer Richtung frei bewegen kann, werden Biegekräfte an dem gekrümmten Segment des Innengehäuses durch den Radialmomentarm des Ringes, der in ümfangsrichtung an dem Innengehäuse angreift, nicht vergrößert. Der keilnutverzahnte Ring 46 verhindert somit den Momentarm und die zugeordneten Kräfte, die vorhanden sein würden, wenn der Ring an dem Innengehäuse integral befestigt wäre. Demgemäß verhindert der keilnutverzahnte Ring 46 das Auftreten einer ümfangsverwindung in den gekrümmten Segmenten, die durch solche Biegekräfte hervorgerufen würde.

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Die axiale Kontinuität des Innengehäuses 24 und die umfangsmäßige Kontinuität der Ringbüchse 22 ergeben Vorteile, die gemeinsam im Stand der Technik nicht anzutreffen sind. Die axial durchgehenden gekrümmten Segmente 26 des Innengehäuses begrenzen den ringförmigen Strömungsweg 16 mit einer aerodynamisch glatten Fläche in der axialen Richtung. Dadurch werden Strömungsverluste verringert, die durch kleine Vorsprünge in dem Strömungsweg hervorgerufen würden, wie sie bei Gebilden vorhanden sind, die aus mehreren Umfangsringen aufgebaut sind, welche von dem Statorgebilde her in den Strömungsweg hineinragen. Da die Ringbüchse in ümfangsrichtung durchgehend ist, ist die Ringbüchse nicht geteilt und beseitigt die Notwendigkeit von axial ausgerichteten Flanschen. Diese axialen Flansche sind bei geteilten Gehäusekonstruktionen erforderlich und bei Trommelrotorkonstruktionen besonders hilfreich. Die Flansche bewirken jedoch, daß das äußere Gehäuse in der Nähe der Flansche baulich steif ist. Die bauliche Steifigkeit hat eine nachteilige Auswirkung auf das radiale Wachstum der äußeren Büchse und führt zum Unrundwerden der Büchse. Da die äußere Buche in Ümfangsrichtung durchgehend ist und diese Flansche nicht aufweist, ist das Gehäuse keinem ünrundwerden infolge dieser Flansche ausgesetzt, und es werden Veränderungen des Spalts C zwischen der Rotorbaugruppe und der Statorbaugruppe vermieden.

In ähnlicher Weise ist das Innengehäuse 124 von Fig. 7 in Segmente geteilt, um eine Einwärts- und Auswärtsbewegung des Innengehäuses auf Änderungen im Durchmesser der Ringbüchse 122 hin zu gestatten. Die Ringbüchse kann axial sowie umfangsmäßig durchgehend sein. In der gezeigten Ausführungsform ist die Ringbüchse umfangsmäßig durchgehend und hat eine erste Ringbüchse sowie eine zweite Ringbüchse, die integral aneinander befestigt sind. Ein solcher sich in ümfangsrichtung erstreckender Flansch ruft keine sich axial erstreckende Diskontinuität wie der sich axial erstreckende Flansch von geteilten Gehäusen hervor. Die Dichtungsteile 176 hindern

die Arbeitsmediumgase am Berühren der Flansche 144, wenn sich die Gase von der Abzapföffnung 130 in dem Innengehäuse zu der Abzapföffnung 142 in der Ringbüche bewegen.

Ein Flansch 144 an jedem ersten gekrümmten Segment berührt einen entsprechenden Flansch 140 an der Ringbüchse. Jedes erste gekrümmte Segment 126 ist außerdem integral an einem Flansch 144 eines entsprechenden benachbarten zweiten gekrümmten Segments 127 befestigt. Der Flansch 144 an dem zweiten gekrümmten Segment 127 stützt das gekrümmte Segment 126 an der Ringbüchse ab. Durch Verbinden des Segments der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten mit dem benachbarten Segment der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten an dem Flansch wird die Möglichkeit einer Strömungswegdiskontinuität minimiert, weil beide Segmente durch denselben Flansch 140 an der Ringbüchse 122 positioniert sind.

Leerseite

Claims (16)

1. Patentansprüche :

   Γ )

   j1./Strömungsleitvorrichtung mit zwei oder mehr als zwei Kränzen von Leitschaufeln (28; 128) für ein Axial gasturbinentriebwerk, das einen ringförmigen Strömungsweg (16) für heiße Arbeitsmediumgase hat, gekennzeichnet durch ein Innengehäuse (24; 124) , das sich in dem Triebwerk außen an dem Arbeitsmediumströmungsweg (16) axial erstreckt und aus mehreren gekrümmten Segmenten (26; 126) aufgebaut ist, die umfangsmäßig einander benachbart sind, axial durchgehend sind und jeweils einen Teil von wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln (28; 128) tragen, und durch eine Ringbüchse (22; 122) aus in ümfangsrichtung durchgehendem Material außerhalb des Innengehäuses, die die Segmente des Innengehäuses berührt, um die Segmente in Umfangsausrichtung zu halten.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Segmente (126) eine erste Anzahl von gekrümmten Segmenten bilden und daß das Innengehäuse (124) eine zweite Anzahl von umfangsmäßig einander benachbarten gekrümm-

   ten Segmenten (127) hat, die axial durchgehend sind, jeweils einen Teil von wenigstens zwei Kränzen von Leitschaufeln (128) tragen und jeweils axial an ein entsprechendes Segment der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten anstoßen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment der ersten Anzahl von gekrümmten Segmenten (126) an einem entsprechenden Segment der zweiten Anzahl von gekrümmten Segmenten (127) integral befestigt ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22; 122) mehrere Flansche (40; 140) hat, die gegenseitigen axialen Abstand aufweisen und sich in ümfangsrichtung um das Innere des Innengehäuses (24; 124) erstrecken, und daß jedes Segment des Innengehäuses wenigstens einen Flansch (44; 144) aufweist, der sich in ümfangsrichtung um das Segment erstreckt und sich außerdem nach außen erstreckt, um einen entsprechenden Flansch der Ringbüchse in der ümfangsrichtung mit Schiebesitz zu erfassen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment des Innengehäuses (24; 124) mehrere Flansche (44; 144) aufweist, von denen sich jeder in Ümfangsrichtung um das Segment erstreckt und sich außerdem nach außen erstreckt, um einen entsprechenden Flansch (40; 140) der Ringbüchse (22; 122) in der ümfangsrichtung mit Schiebesitz zu erfassen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (44) des Innengehäuses (24) Lücken (50) hat, die die Umfangskontinuität des Flansches unterbrechen, um die Umfangsfestigkeit des Flansches zu verringern.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Segment (26; 126, 127) des Innengehäuses (24; 124) mehrere Abriebstreifen (170) hat, die sich

   in ümfangsrichtung um jedes Segment erstrecken, und mehrere Flansche (174), die sich außerhalb des Abriebstreifens von einem Segment aus nach außen erstrecken.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (24; 124) wenigstens eine Abzapföffnung (30? 130) für Arbeitsmediumgase hat, daß die Ringbüchse (22; 122) eine Abzapföffnung (32; 132) für Arbeitsmediumgase in Gasverbindung mit der Abzapföffnung in dem Innengehäuse hat und daß wenigstens ein Dichtungsteil (176) vorgesehen ist, das sich um das Innengehäuse erstreckt und zwischen den Abzapföffnungen und einem Plansch (144) des Innengehäuses angeordnet ist und aus mehreren Segmenten (178) aufgebaut ist, von denen jedes ein Segment des Innengehäuses berührt und sich nach außen bis in die Nähe der Ringbüchse erstreckt, um die Arbeitsmediumgase am Berühren des Flansches zu hindern.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Dichtvorrichtung (54) , die sich in Ümfangsrichtung zwischen benachbarten Segmenten (26) des Innengehäuses (24) erstreckt.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Ring (46) zum Verhindern einer Drehbewegung eines Segments (26) des Innengehäuses (24) in bezug auf die Ringbüchse (22) , wobei der Ring die Ringbüchse an mehreren Keilnutverzahnungsverbindungen (56) und das Segment des Innengehäuses an einer Keilnutverzahnungsverbindung (58) erfaßt und wobei die Umfangsteile des Segments des Innengehäuses auf jeder Seite der inneren Keilnutverzahnungsverbindung sich in ümfangsrichtung in bezug auf die Ringbüchse frei bewegen können.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (46) aus mehreren Segmenten aufgebaut ist.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22) aus axial durchgehendem Material gebildet ist.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbüchse (22) ein Ende (36) großen Durchmessers und ein Ende (38) kleinen Durchmessers hat und daß jeder Flansch (40) der Ringbüchse sich radial außerhalb eines Flansches (44) an dem Innengehäuse (24) befindet, der vollständig zwischen dem Flansch an der Ringbüchse und dem Ende kleinen Durchmessers angeordnet ist.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flansch (40) an der Ringbüchse (22) eine Nut (42) hat, die dem Ende (36) großen Durchmessers zugewandt und zur Aufnahme eines entsprechenden Flansches (44) des Innengehäuses (24) vorgesehen ist.
15. 15. Verfahren zum Herstellen einer Strömungsleitvorrichtung aus einer Statorbaugruppe und einer Rotorbaugruppe des Typs, bei dem ein Rotor vorhanden ist, der eine Längssymmetrieachse und Kränze von Laufschaufeln hat, die sich von dem Rotor nach außen erstrecken, wobei jeder Kranz in axialem Abstand von einem benachbarten Kranz angeordnet ist, so daß ein axialer Zwischenraum verbleibt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    Bilden eines Innengehäuses, das wenigstens zwei gekrümmte Segmente aufweist, die sich in Längsrichtung erstrecken und jeweils einen Teil von zwei oder mehr als zwei Kränzen von Leitschaufeln erfassen, wobei sich die Leitschaufeln jedes gekrümmten Segments von dem gekrümmten Segment aus nach

    innen erstrecken und wobei die Kränze von Leitschaufeln mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, so daß ein axialer Zwischenraum verbleibt;

    Positionieren jedes gekrümmten Segments des Innengehäuses radial außerhalb der Rotorbaugruppe, so daß die gekrümmten Segmente in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnet sind, wobei die Kränze von Leitschaufeln jeweils gegenüber einem entsprechenden Spalt zwischen den Kränzen von Laufschaufeln und die Kränze von Laufschaufeln jeweils gegenüber einem entsprechenden Zwischenraum zwischen den Kränzen von Leitschaufeln angeordnet werden;

    Zusammenbauen des Innengehäuses mit der Rotorbaugruppe durch Bewegen der gekrümmten Segmente des Innengehäuses nach innen zu der Längsachse der Rotorbaugruppe hin, so daß die Kränze von Laufschaufeln und Leitschaufeln zwischen einander zu liegen kommen und die gekrümmten Segmente des Innengehäuses einen vorbestimmten gegenseitigen Umfangsabstand aufweisen;

    Herstellen einer Ringbüchse, die eine LängsSymmetrieachse hat; und

    Zusammenbauen der Ringbüchse mit dem Innengehäuse und der Rotorbaugruppe, indem die Symmetrieachse der Rotorbaugruppe in eine Linie mit der Symmetrieachse der Ringbüchse gebracht wird und durch Relativbewegen der Ringbüchse und des Innengehäuses die Ringbüchse jedes Segment des Innengehäuses mit Schiebesitz erfaßt.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Zusammenbauens des Innengehäuses mit der Rotorbaugruppe den Schritt beinhaltet, die gekrümmten Segmente an einander mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Band zu befestigen.