EP1319844B1 - Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüssen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine - Google Patents

Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüssen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine Download PDF

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EP1319844B1
EP1319844B1 EP02023209A EP02023209A EP1319844B1 EP 1319844 B1 EP1319844 B1 EP 1319844B1 EP 02023209 A EP02023209 A EP 02023209A EP 02023209 A EP02023209 A EP 02023209A EP 1319844 B1 EP1319844 B1 EP 1319844B1
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cover
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support
annular
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    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
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    • F01D17/162—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for axial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially perpendicular to the rotor centre line
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor

Definitions

  • the invention relates to a bearing ring for supporting blade roots of adjustable stator blades in the high-pressure compressor of a gas turbine, and in particular to a bearing ring according to the features of the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a bearing ring (Shroud), as used in particular in high-pressure compressors modern turbofan engines for internal storage of the adjustable stator blades in the field of high pressure compressor.
  • bearing rings or shrouds are usually made of aluminum, steel alloys or titanium.
  • a construction of this kind shows, for example, the US 5,062,767 A , which shows a bearing ring according to the features of the preamble of claim 1.
  • the bearing rings are usually constructed in two parts, so that a front and a rear body are available. These basic bodies are each annular. To reduce weight, an axial annular space is formed, which is turned off, for example. In order to reduce air turbulence, vibrations and noise developments, the annular space is provided in the prior art with a rubber filling. This is introduced by means of a vulcanization process.
  • the invention has for its object to provide a bearing ring of the type mentioned above, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost-effective manufacturability and in particular has a low weight.
  • annular cover body in the opening region of the annular space, an annular cover body is arranged, which is provided with mounting recesses. Furthermore, it is provided that a tubular support element is arranged in the intermediate region between the mounting recess of the cover body and the associated mounting hole of the base body.
  • the bearing ring according to the invention is characterized by a number of significant advantages.
  • annular covering body is used instead of the rubber filling subject to the above-mentioned disadvantages.
  • An essential advantage of the solution according to the invention is that it can be produced easily and quickly.
  • the complex operations that are required for introducing a rubber filling, can thus be completely eliminated. This results in a significant cost advantage over the prior art.
  • Another major advantage is that no age-prone materials, such as rubber, are used. This increases the reliability as well as the life.
  • Another advantage lies in the weight reduction to be achieved, since much less material is needed than in a filling with rubber or other filling materials.
  • the covering body according to the invention is used for covering in the mouth region of the annulus, no other structural changes to the body are required. It is thus possible to retrofit existing body after removing the rubber filling accordingly.
  • the cover can be easily removed and replaced at any time, for example during maintenance or other work.
  • the covering body is formed substantially in the form of a flat ring. This can be made in a simple manner, for example, from a metallic sheet, such as aluminum or titanium. Especially It is also advantageous if the cover body is profiled at least at its edges. A flanging or an edge can thus lead to a particularly advantageous clamping or to an interference fit, so that the cover body can be used reliably in the annular space.
  • stiffening measures such as beads or the like may be used.
  • the support element is preferably cup-shaped or hat-shaped. Like the cover body, it can be produced from a metallic sheet, by rolling or deep-drawing or by means of a similar forming process. It is particularly favorable if the free edge region of the support element is profiled for holding the covering body, for example bent or crimped.
  • the support member thus anchors the cover body and biases it against the base body, so that there is a secure attachment.
  • the bias is done by means of connecting screws, which also serve to clamp the two main body of the bearing ring.
  • the dimensioning of the support body is preferably chosen so that they are slightly shorter than the depth of the annular space of the body.
  • the gap size may be 0.5 mm, for example.
  • cover body and the support elements may be formed in one piece or in several parts.
  • cover body and the support elements may be produced in one piece or in several parts.
  • cover body and / or the support elements made of plastic or similar material, for example by means of a spraying process.
  • the Fig. 1 shows in a highly simplified manner a portion of a known from the prior art gas turbine.
  • the area A indicates the positioning of a bearing ring for the storage of stator blades 2.
  • the further description of the schematically indicated components can be dispensed with, since these are known from the prior art.
  • Fig. 2 is a perspective exploded view of a known from the prior art bearing ring shown, comprising a front body 3 and a rear body 4.
  • the two main body 3, 4 are each end turned and provided with a rubber filling 12 in the annular space 5 formed in this case.
  • the two basic bodies 1, 2 are each half recesses 14 introduced, the (see Fig. 3 ) serve for the storage of bushes 13, which in turn store a blade root 1 of the respective stator blade 2.
  • the stator blades 2 are rotatable in a known manner to change the angle of attack can. As a result, the performance of the compressor or compressor is adaptable to the operating conditions.
  • corresponding mounting holes 6 in the basic bodies 3, 4 are provided.
  • the Fig. 4 shows a simplified sectional view of the embodiment of the bearing ring according to the invention. This comprises, as already described, a front base body 3 and a rear base body 4. These are each provided with said mounting holes 6.
  • the Fig. 4 further shows the two substantially U-shaped annular spaces 5, which are each axially open.
  • Fig. 4 is a substantially flat, annular cover body 7 is shown (see also FIGS. 5 and 6 ), which is provided with a corresponding number of mounting recesses 8, which are aligned with the mounting holes 6 in order to perform the screws 15 can.
  • each hat-shaped or cup-shaped support member 9 is inserted, which, as well as from Fig. 7 can be seen, is provided with a central recess 17 in order to perform the screw 15 can.
  • Fig. 4 further shows that an edge 10 of the cover body 7 is profiled or bent to ensure a tight tight fit in the annulus 5. Similarly, an edge portion 11 of the support member 9 is bent or profiled to hold the cover body 7 and bias. For this purpose, the length of the support element 9 is slightly smaller than the available depth in the annular space 5, so that when tightening the screw 15, a corresponding tension of the cover body 7 results.
  • the Fig. 6 shows in a perspective partial view of the annular cover body 7, while in the illustration of Fig. 5 in a schematic way, the individual support elements 9 are shown in addition to the cover body 7.

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, und dabei insbesondere auf einen Lagerring nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Im Einzelnen betrifft die Erfindung einen Lagerring (Shroud), wie er insbesondere bei Hochdruckverdichtern moderner Turbofan-Triebwerke zur inneren Lagerung der verstellbaren Statorschaufeln im Bereich der Hochdruckverdichter eingesetzt wird.
  • Derartige Lagerringe oder Shrouds werden üblicherweise aus Aluminium, aus Stahllegierungen oder aus Titan gefertigt. Eine Konstruktion dieser Art zeigt beispielsweise die US 5,062,767 A , die einen Lagerring nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zeigt.
  • Die Lagerringe (Shrouds) sind üblicherweise zweiteilig ausgebaut, so dass ein vorderer und ein hinterer Grundkörper vorhanden sind. Diese Grundkörper sind jeweils ringförmig. Zur Gewichtsreduzierung ist ein axialer Ringraum ausgebildet, der beispielsweise ausgedreht wird. Um Luftverwirbelungen, Vibrationen und Geräuschentwicklungen zu mindern, wird der Ringraum im Stand der Technik mit einer Gummifüllung versehen. Diese wird mittels eines Vulkanisiervorganges eingebracht.
  • Derartige Gummifüllungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen ist der Herstellvorgang sehr aufwendig, da er einen manuell durchzuführenden Spezialprozess benötigt, der zeitintensiv und damit teuer ist. Dieser Spezialprozess umfasst üblicherweise mehrere Arbeitsschritte, insbesondere das Reinigen, Grundieren, Befüllen, Wärmebehandeln sowie das Abtrennen überschüssigen Gummimaterials und eine anschließende nochmalige Reinigung des Grundkörpers des Lagerrings. Durch mangelnde Haftung des Gummimaterials oder durch Blasenbildung können sich Qualitätsprobleme ergeben. Während des Betriebs erweist sich die Gummifüllung als störungsanfällig, da sie altert und da es zu Rissen an den Verbindungsstellen kommen kann. Zudem ergibt sich ein relativ hohes Gewicht der Gummifüllung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lagerring der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere ein geringes Gewicht aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass im Öffnungsbereich des Ringraums ein ringförmiger Abdeckkörper angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen versehen ist. Weiterhin ist vorgesehen, dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmung des Abdeckkörpers und der zugeordneten Montagebohrung des Grundkörpers ein rohrartiges Stützelement angeordnet ist.
  • Der erfindungsgemäße Lagerring zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
  • Erfindungsgemäß wird somit an Stelle der mit den oben genannten Nachteilen behafteten Gummifüllung ein ringförmiger Abdeckkörper eingesetzt. Es ergibt sich somit eine sehr ähnliche oder identische Außengeometrie des Grundkörpers, verglichen mit einem mit Gummi gefüllten Grundkörper. Die akustischen Eigenschaften sowie die Strömungsverhältnisse, die zu Luftverwirbelungen oder Vibrationen führen können, sind somit in sehr günstiger Weise ausgeführt und erzielen zumindest die Werte der aus dem Stand der Technik bekannten Lagerringe.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass diese einfach und schnell herstellbar ist. Die aufwendigen Arbeitsgänge, die zum Einbringen einer Gummifüllung erforderlich sind, können somit gänzlich entfallen. Hierdurch ergibt sich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber dem Stand der Technik.
  • Ein weiterer, wesentlicher Vorteil liegt darin, dass keine alterungsanfälligen Werkstoffe, wie etwa Gummi, zur Anwendung gelangen. Hierdurch erhöht sich die Zuverlässigkeit ebenso wie die Lebensdauer.
  • Ein weiterer Vorteil liegt in der zu erzielenden Gewichtsreduzierung, da weitaus weniger Werkstoff benötigt wird als bei einer Füllung mit Gummi oder sonstigen Füllmaterialien.
  • Da der erfindungsgemäße Abdeckkörper zur Abdeckung in den Mündungsbereich des Ringraums eingesetzt wird, sind keine sonstigen konstruktiven Änderungen an dem Grundkörper erforderlich. Es ist somit möglich, vorhandene Grundkörper nach Entfernen der Gummifüllung entsprechend umzurüsten.
  • Vorteilhaft ist es auch, dass der Abdeckkörper jederzeit leicht entfernt und wieder eingesetzt werden kann, beispielsweise bei Wartungsmaßnahmen oder sonstigen Arbeiten.
  • In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abdeckkörper im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist. Dieser kann in einfacher Weise beispielsweise aus einem metallischen Blech gefertigt werden, beispielsweise aus Aluminium oder Titan. Besonders günstig ist es auch, wenn der Abdeckkörper zumindest an seinen Rändern profiliert ausgebildet ist. Eine Umbördelung oder ein Rand kann somit zu einer besonders vorteilhaften Klemmung oder zu einem Presssitz führen, so dass der Abdeckkörper betriebssicher in den Ringraum einsetzbar ist.
  • Zur Verhinderung von Vibrationen oder Ähnlichem können auch zusätzliche Versteifungsmaßnahmen, wie etwa Sicken oder Ähnliches verwendet werden.
  • Das Stützelement ist bevorzugterweise napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet. Es kann ebenso wie der Abdeckkörper aus einem metallischen Blech, durch Rollen oder Tiefziehen oder mittels eines ähnlichen Umformvorganges hergestellt werden. Besonders günstig ist es, wenn der freie Randbereich des Stützelements zur Halterung des Abdeckkörpers profiliert ist, beispielsweise umgebogen oder gebördelt. Das Stützelement verankert somit den Abdeckkörper und spannt diesen gegen den Grundkörper vor, so dass sich eine sichere Befestigung ergibt. Die Vorspannung erfolgt mittels Verbindungsschrauben, die auch zum Verspannen der beiden Grundkörper des Lagerrings dienen. Die Dimensionierung der Stützkörper ist bevorzugterweise so gewählt, dass diese geringfügig kürzer sind als die Tiefe des Ringraums des Grundkörpers. Das Spaltmaß kann beispielsweise 0,5 mm betragen. Durch die Verschraubung erfolgt somit eine Vorspannung des Abdeckkörpers.
  • Der Abdeckkörper und die Stützelemente können einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. An Stelle der beschriebenen Herstellung aus metallischen Werkstoffen ist es auch möglich, den Abdeckkörper und/oder die Stützelemente aus Kunststoff oder ähnlichem Material herzustellen, beispielsweise mittels eines Spritzverfahrens.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Teilbereichs einer Gasturbine,
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Lagerrings nach dem Stand der Technik,
    Fig. 3
    eine vergrößerte Teil-Darstellung analog Fig. 2 eines aus dem Stand der Technik bekannten Lagerrings,
    Fig. 4
    eine Teil-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagerrings,
    Fig. 5
    eine vereinfachte perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Abdeckkörpers mit Stützelementen,
    Fig. 6
    eine perspektivische Darstellung, analog Fig. 5, des erfindungsgemäßen Abdeckkörpers, und
    Fig. 7
    eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Stützelements.
  • Die Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Weise einen Teilbereich einer aus dem Stand der Technik bekannten Gasturbine. Der Bereich A kennzeichnet die Positionierung eines Lagerrings zur Lagerung von Statorschaufeln 2. Auf die weitere Beschreibung der schematisch angedeuteten Bauelemente kann verzichtet werden, da diese aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • In Fig. 2 ist in perspektivischer Explosionsdarstellung ein aus dem Stand der Technik bekannter Lagerring gezeigt, der einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4 umfasst. Die beiden Grundkörper 3, 4 sind stirnseitig jeweils ausgedreht und mit einer Gummifüllung 12 in dem hierbei gebildeten Ringraum 5 versehen. In den beiden Grundkörpern 1, 2 sind jeweils hälftig Ausnehmungen 14 eingebracht, die (siehe Fig. 3) zur Lagerung von Buchsen 13 dienen, welche wiederum einen Schaufelfuß 1 der jeweiligen Statorschaufel 2 lagern. Die Statorschaufeln 2 sind in bekannter Weise drehbar, um deren Anstellwinkel ändern zu können. Hierdurch ist die Leistung des Verdichters oder Kompressors an die Betriebsbedingungen anpassbar.
  • Eine Verschraubung der beiden Grundkörper 3, 4 erfolgt mittels einer Vielzahl von Schrauben 15 und Muttern 16. Hierzu sind entsprechende Montagebohrungen 6 in den Grundkörpern 3, 4 vorgesehen.
  • Die Fig. 4 zeigt in vereinfachter Schnittansicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagerrings. Dieser umfasst, wie bereits beschrieben, einen vorderen Grundkörper 3 und einen hinteren Grundkörper 4. Diese sind jeweils mit den genannten Montagebohrungen 6 versehen. Die Fig. 4 zeigt weiterhin die beiden im Wesentlichen U-förmigen Ringräume 5, die axial jeweils offen sind.
  • In Fig. 4 ist ein im Wesentlichen flacher, ringförmiger Abdeckkörper 7 dargestellt (siehe auch Fig. 5 und 6), welcher mit einer entsprechenden Anzahl an Montageausnehmungen 8 versehen ist, die zu den Montagebohrungen 6 fluchten, um die Schrauben 15 durchführen zu können.
  • In die Montageausnehmungen 8 ist jeweils ein hütchenförmiges oder napfförmiges Stützelement 9 eingesetzt, welches, wie auch aus Fig. 7 ersichtlich ist, mit einer zentrischen Ausnehmung 17 versehen ist, um die Schraube 15 durchführen zu können.
  • Die Fig. 4 zeigt weiterhin, dass ein Rand 10 des Abdeckkörpers 7 profiliert oder umgebogen ist, um einen dichten festen Sitz in dem Ringraum 5 zu gewährleisten. In ähnlicher Weise ist ein Randbereich 11 des Stützelements 9 umgebogen oder profiliert, um den Abdeckkörper 7 zu halten und vorzuspannen. Zu diesem Zweck ist die Länge des Stützelements 9 geringfügig kleiner als die verfügbare Tiefe im Ringraum 5, so dass sich bei Anziehen der Schraube 15 eine entsprechende Verspannung des Abdeckkörpers 7 ergibt.
  • Die Fig. 6 zeigt in perspektivischer Teilansicht den ringförmigen Abdeckkörper 7, während bei der Darstellung der Fig. 5 in schematischer Weise die einzelnen Stützelemente 9 zusätzlich zu dem Abdeckkörper 7 gezeigt sind.
  • Es versteht sich, dass bei der Darstellung der Fig. 4 auch in der linken Hälfte der Darstellung ein entsprechender Abdeckkörper 7 in den vorderen Grundkörper 3 mit Hilfe entsprechender Stützelemente 9 einsetzbar ist. Auf eine zeichnerische Darstellung wurde aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung verzichtet.
  • Die Erfindung ist nicht auf das gezeigt Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Schaufelfuß
    2
    Statorschaufel
    3
    Vorderer Grundkörper
    4
    Hinterer Grundkörper
    5
    Ringraum
    6
    Montagebohrung
    7
    Abdeckkörper
    8
    Montageausnehmung
    9
    Stützelement
    10
    Rand
    11
    Randbereich
    12
    Gummifüllung
    13
    Buchse
    14
    Ausnehmung
    15
    Schraube
    16
    Mutter
    17
    Ausnehmung

Claims (11)

  1. Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüßen (1) von verstellbaren Statorschaufeln (2) im Hochdruckverdichter einer Gasturbine, mit einem vorderen (3) und einem hinteren (4) ringförmigen Grundkörper, der jeweils zur Ausbildung eines im Wesentlichen U-förmigen Querschnitts einen axial offenen Ringraum (5) aufweist, sowie eine Vielzahl von axialen Montagebohrungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Öffnungsbereich des Ringraums (5) ein ringförmiger Abdeckkörper (7) angeordnet ist, welcher mit Montageausnehmungen (8) versehen ist, und dass im Zwischenbereich zwischen der Montageausnehmungen (8) des ringförmigen Abdeckkörpers (7) und der zugeordneten Montagebohrungen (6) des vorderen und hinteren ringförmigen Grundkorpers (3, 4) ein rohrartiges Stützelement (9) angeordnet ist.
  2. Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) im Wesentlichen in Form eines flachen Rings ausgebildet ist.
  3. Lagerring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) aus einem metallischen Blech gefertigt ist.
  4. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) zumindest an seinen Rändern (10) profiliert ausgebildet ist.
  5. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) napfförmig oder hütchenförmig ausgebildet ist.
  6. Lagerring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Randbereich des Stützelements (9) zur Halterung des Abdeckkörpers (7) profiliert ist.
  7. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) als separate Bauteile ausgebildet sind.
  8. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper und das Stützelement (9) einstückig ausgebildet sind.
  9. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (9) eine geringere Höhe aufweist, als die Tiefe des Ringraums (5).
  10. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (9) und das Stützelement (10) aus Metall gefertigt sind.
  11. Lagerring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckkörper (7) und das Stützelement (9) aus Kunststoff gefertigt sind.
EP02023209A 2001-12-13 2002-10-16 Lagerring zur Lagerung von Schaufelfüssen von verstellbaren Statorschaufeln im Hochdruckverdichter einer Gasturbine Expired - Lifetime EP1319844B1 (de)

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