EP4345251A1 - Modul für eine strömungsmaschine - Google Patents

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EP4345251A1
EP4345251A1 EP23196083.2A EP23196083A EP4345251A1 EP 4345251 A1 EP4345251 A1 EP 4345251A1 EP 23196083 A EP23196083 A EP 23196083A EP 4345251 A1 EP4345251 A1 EP 4345251A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seal carrier
seal
module
wall
radially
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
EP23196083.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Feldmann
Bernd Kislinger
Christoph Nitsch
Markus Schlemmer
Rudolf Stanka
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
Publication of EP4345251A1 publication Critical patent/EP4345251A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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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 present invention relates to a module for a turbomachine.
  • the turbomachine can be, for example, a jet engine, e.g. B. a turbofan engine. Functionally, the turbomachine is divided into a compressor, combustion chamber and turbine. In the case of jet engines, for example, air drawn in is compressed by the compressor and burned in the downstream combustion chamber with mixed kerosene. The resulting hot gas, a mixture of combustion gas and air, flows through the downstream turbine and is expanded in the process. The turbine also extracts a proportion of energy from the hot gas to drive the compressor.
  • the turbine and the compressor are usually constructed in multiple stages, with each stage having a guide and a rotor blade ring.
  • the subject of the present invention is a module with a guide vane arrangement and a seal carrier.
  • the vanes of the vane arrangement extend radially between a radially outer outer platform and a radially inner inner platform.
  • the seal carrier is arranged radially within this inner platform; it forms part of the so-called inner air seal (IAS).
  • IAS inner air seal
  • the seal carrier helps to reduce or avoid gas losses, which is an advantage in terms of the efficiency of the turbomachine. As large a part as possible or, as far as possible, all of the fluid or gas should flow through the gas channel of the turbomachine.
  • the present invention is based on the technical problem of specifying a particularly advantageous module for a turbomachine.
  • the seal carrier and the guide vane arrangement are mounted relative to one another by means of a first and a second seal carrier wall, for which purpose the seal carrier walls axially delimit an intermediate space into which the guide vane arrangement engages from the radial outside with one or two guide pins.
  • the second seal carrier wall is provided in several pieces with the first seal carrier wall, i.e. as a previously separate part it is assembled with the first seal carrier wall and fastened to it.
  • This fastening is implemented with a connecting element, with a sliding body arranged in the intermediate space keeping the seal carrier walls at the defined distance so that they delimit the intermediate space.
  • the radially inner section should be in frictional contact with the seal carrier (see below in detail), but is not, for example, materially connected to it.
  • the radially inner section can only be in frictional contact and not directly connected to the seal carrier, e.g. materially and/or positively connected.
  • the radially inner section can be free and/or unconnected.
  • the radially inner section can be in frictional contact, in particular axially and/or radially, and/or can otherwise extend freely. This can, for example, reduce stresses in the components, in particular in the seal carrier, and there is no need to close assembly play by deformation, for example.
  • the multi-piece nature of the seal carrier walls can be advantageous in terms of production, for example because, for example, for comparison with two seal carrier walls formed monolithically with the seal carrier and a material-removing production the gap would have to be exposed by a relatively deep cut. Irrespective of this, the multiple pieces can also open up possibilities in the choice of material and thickness, for example the second seal carrier wall can be made thinner and in particular in the form of a sheet metal, thus creating scope for weight optimization.
  • axial refers to the longitudinal axis of the module, i.e. the longitudinal axis of the turbomachine.
  • This longitudinal axis can, for example, coincide with an axis of rotation around which the blades assigned to the guide vane arrangement rotate during operation.
  • “Radial” refers to the radial directions perpendicular to it and pointing away from the longitudinal axis
  • the “circulation” or “direction of rotation” refers to a rotation about the longitudinal axis.
  • Inner and “outer” refer to the radial direction without any explicit statement to the contrary, so “inside” is closer to the longitudinal axis than “outside”. If reference is made to an axial section, this refers to a cutting plane containing the longitudinal axis.
  • first seal support wall is arranged at the front and the second seal support wall at the rear, i.e. the first upstream and the second downstream.
  • the seal carrier can carry a sealing element radially inward, for example, which can seal inwards to a sealing structure, such as a sealing tip or sealing fin, which rotates together with the shaft or the rotor blades during operation.
  • a sealing structure such as a sealing tip or sealing fin
  • a brush seal or a so-called honeycomb seal or, in general terms, a run-in coating can be provided as a sealing element.
  • the first seal carrier wall can preferably be formed monolithically with the seal carrier, whereby the two can then form a T-shape in particular when viewed in an axial section (the first seal carrier wall is therefore spaced from the axial ends of the seal carrier).
  • the connecting element can generally also be a screw or a screw bolt, for example, but is preferably implemented in the form of a rivet.
  • the seal support walls can be fastened to one another with several connecting elements (and sliding bodies) distributed over the circulation, and these sliding bodies can in particular form a so-called spoke centering, see below in detail.
  • connecting elements and sliding bodies
  • spoke centering see below in detail.
  • the "radially inner section" of the second seal carrier wall can in particular be located radially inside the connecting element or be formed at the radially inner end of the second seal carrier wall.
  • there is a frictional engagement i.e. the second seal carrier wall is held in contact with the seal carrier with a contact force, but is not fixed in this contact in a form-fitting and/or material-fitting manner.
  • the frictional engagement which is implemented with a certain pre-tension, can be advantageous, for example, in terms of damping, such as reducing vibrations of the seal carrier.
  • the frictional contact is designed as a radial contact between a side surface of the second seal carrier wall facing the first seal carrier wall and a contact surface of the seal carrier.
  • This contact surface is preferably formed on a step in an outwardly facing top surface of the seal carrier, with the radially inner end of the second seal carrier wall not resting. Instead is between the A gap is formed on the top surface and this end, which allows radial play.
  • the second seal support wall and the seal support then preferably rest against each other exclusively in the contact surface on the step, so there is no further contact surface(s).
  • the radially inner section of the second seal carrier wall extends obliquely radially inwards when viewed in an axial section, i.e. proportionally axially and radially.
  • An oblique extension inwards and at the same time away from the first seal carrier wall is preferred.
  • the oblique inner section can act as a spring element, i.e. ensure a certain contact pressure.
  • the second seal carrier wall rests exclusively with its radially inner end on the seal carrier and the oblique radially inner section extends freely apart from that, i.e. at a distance from the upper side surface of the seal carrier.
  • a sealing web is arranged on at least one of the seal support walls, which, viewed in an axial section, extends away from this at least one seal support wall and the intermediate space.
  • the sealing web In the case of the first/front seal support wall, the sealing web extends axially forward, whereas in the case of the second/rear seal support wall it extends axially rearward away from it.
  • the sealing web together with the inner platform of the guide vane arrangement, forms a so-called labyrinth or fishmouth seal.
  • This can also be formed proportionally together with the inner platform of a rotor blade arrangement which is immediately upstream in the case of the front sealing web or immediately downstream in the case of the rear sealing web.
  • the inner platform of the blade assembly can then be arranged at a radial position between the inner platform and the sealing land.
  • a front sealing web is preferably arranged on the front seal support wall and/or a rear sealing web is arranged on the rear seal support wall, particularly preferably both.
  • the sealing web is provided in several pieces with the seal carrier wall and is attached to the seal carrier wall via the connecting element.
  • the sealing web is formed monolithically with the seal carrier wall, i.e. integrally from the same continuous material.
  • the second seal carrier wall is provided as sheet metal (see below in detail), for example a radially outer section thereof can be bent accordingly (and extend at least partially axially when viewed in an axial section).
  • the front sealing web can be provided in several pieces and attached to the front seal carrier wall with the connecting element, with the rear sealing web either also being formed in several pieces with the rear seal carrier wall or monolithically with it in the manner just described.
  • the sliding body can, for example, also be provided monolithically with one of the seal support walls, i.e. the first or in particular second seal support wall.
  • the connecting element passes through it axially.
  • the latter is also preferred in the case of a monolithic design, but not mandatory.
  • the connecting element which passes through the multi-piece sliding body, holds it in a radially positive manner between the seal support walls, and the sliding body is then additionally clamped axially, for example.
  • the second seal support wall has a smaller thickness than the first seal support wall, so the multi-piece design is used to optimize weight.
  • the thicknesses are each viewed in an axial section, whereby an average value is used as a basis in the case of a thickness that varies over the extent of the respective seal support wall.
  • the second seal carrier wall is formed from a sheet metal, which allows a particularly thin design and/or simple Production can be permitted.
  • the sheet can generally be segmented in the direction of rotation, i.e. provided in several parts. However, a continuous design in the direction of rotation, i.e. not divided/segmented, is preferred.
  • the first seal carrier wall is formed monolithically with the seal carrier in a preferred embodiment, i.e. from the same uninterrupted, continuous material. Since the second seal carrier wall is attached separately and the gap does not have to be taken into account when producing the seal carrier, the monolithic production of the seal carrier and the first seal carrier wall can be simplified, for example by casting.
  • the guide pin with which the guide vane arrangement engages in the intermediate space, extends radially inwards from its inner platform.
  • the guide pin preferably rests on the sliding body, i.e. on the circumferential side.
  • it encloses the sliding body together with another guide pin, which rests on the opposite side of the sliding body in the direction of rotation. This is therefore held between the guide pins, which is also referred to as a tang ("pincer").
  • the guide pins and the sliding body can still slide radially against each other, with several correspondingly held sliding bodies distributed all around, so the arrangement represents a spoke centering.
  • the invention also relates to a turbine for a turbomachine, in particular for an aircraft engine, which has a module disclosed here.
  • Fig.1 shows a turbomachine 1 in a schematic view, specifically a jet engine.
  • the turbomachine 1 is functionally divided into compressor 1a, combustion chamber 1b and turbine 1c.
  • Both the compressor 1a and the turbine 1c are each made up of several stages, each stage consists of a guide vane and a rotor blade ring.
  • the rotor blade ring is arranged downstream of the associated guide vane ring.
  • the rotor blades rotate around the longitudinal axis 2.
  • Fig.2 shows a section of the turbine 1c as module 20, again in an axial section.
  • a guide vane arrangement 21 with a guide vane blade 21a and an inner platform 21b, as well as a guide pin 21c can be seen.
  • the guide vane blade 21a is arranged radially on the outside of the inner platform 21b, the guide pin 21c extends radially inside it into an intermediate space 22.
  • This intermediate space 22 is axially delimited between a first, front seal carrier wall 31 and a second, rear seal carrier wall 32.
  • the first seal carrier wall 31 is upstream in relation to a flow 15 of the module 20 and the second seal carrier wall 32 is downstream.
  • the first seal carrier wall 31 is monolithically formed with a seal carrier 41, the two can be manufactured as a cast part, for example.
  • a sealing element 42 is provided radially on the inside of the seal carrier 41, for example a honeycomb seal and/or a run-in coating, in particular for a run-in structure, such as a sealing fin.
  • the sealing element 42 seals against a sealing structure 43, which is only shown schematically as a contour here and rotates together with the shaft during operation.
  • the sealing structure 43 can comprise a run-in structure, which in turn can comprise sealing fins.
  • the sealing structure 43 comprises two sealing fins.
  • the second seal carrier wall 32 is provided in several pieces to the first seal carrier wall 31 and is attached to it via a connecting element 35, in this case a rivet.
  • the connecting element 35 passes through a sliding body 36, which holds the seal carrier walls 31, 32 at the defined axial distance.
  • the second seal carrier wall 32 specifically a radially inner section 32.1 thereof, does indeed rest against the seal carrier 41 with a side surface 32a facing the first seal carrier wall 31, but has radial play. This is achieved by a frictional axial contact with a step 45 formed in the top surface 41a of the seal carrier 41, whereby despite this contact a gap 46 still remains between the second seal carrier wall 32 and the top surface 41a.
  • Figure 3 shows a Figure 2 alternative design, whereby the following illustration primarily emphasizes the differences and otherwise reference is made to the above description.
  • the same reference symbols designate the same parts or parts with the same function and reference is always made to the description of the other figures.
  • the inner section 32.1 extends obliquely to the longitudinal axis (not shown) inwards and rests only with its radially inner end 32.1.1 on the upper surface 41a (only in Fig.2 but not in Fig.3 referenced with a reference symbol) of the seal carrier 41.
  • the sealing webs 51, 52 are attached to the respective seal support wall 31, 32 as multi-piece parts and are attached to them via the connecting element 35.
  • the front sealing web 51 together with the inner platform 21b and an inner platform 55 (shown only schematically as a contour) of the upstream rotor blade arrangement, forms a labyrinth seal 61
  • the rear sealing web 52 also forms together with the inner platform 21b of the guide blade arrangement 21 and the inner platform 56 (only schematically as Contour shown) of the downstream blade arrangement a labyrinth seal 62.
  • the variant according to Figure 5 differs from that according to Figure 4 only in the realization of the rear sealing web 72, which in this case is formed monolithically with the second seal carrier wall 32.
  • This design can be realized, for example, by bending a sheet metal accordingly.
  • the variant according to Figure 6 corresponds to the front sealing bar 51 of the Figures 4 and 5 , but is designed as a simplified design without a rear sealing web.

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit einer Leitschaufelanordnung (21), einem Dichtungsträger (41), der radial innerhalb einer Innenplattform (21b) der Leitschaufelanordnung (21) angeordnet ist, Dichtungsträgerwänden (31, 32), nämlich einer ersten (31) und einer zweiten Dichtungsträgerwand (32), und einem Gleitkörper (36) sowie einem Verbindungselement (35), wobei die Dichtungsträgerwände (31, 32) zueinander mehrstückig sind und die zweite Dichtungsträgerwand (32) über das Verbindungselement (35) an der ersten Dichtungsträgerwand (31) und dem Dichtungsträger (41) befestigt ist, wobei der Gleitkörper (36) die Dichtungsträgerwände (31, 32) solchermaßen voneinander beabstandet hält, dass sie miteinander axial einen Zwischenraum (22) begrenzen, in welchen die Leitschaufelanordnung (21) mit einem sich nach radial innen erstreckenden Führungszapfen (21c) eingreift, wobei ein radial innerer Abschnitt (32.1) der zweiten Dichtungsträgerwand (32) relativ zu dem Dichtungsträger (41) Reibkontakt hat.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für eine Strömungsmaschine.
    • Stand der Technik
  • Bei der Strömungsmaschine kann es sich bspw. um ein Strahltriebwerk handeln, z. B. um ein Mantelstromtriebwerk. Funktional gliedert sich die Strömungsmaschine in Verdichter, Brennkammer und Turbine. Etwa im Falle des Strahltriebwerks wird angesaugte Luft vom Verdichter komprimiert und in der nachgelagerten Brennkammer mit hinzugemischtem Kerosin verbrannt. Das entstehende Heißgas, eine Mischung aus Verbrennungsgas und Luft, durchströmt die nachgelagerte Turbine und wird dabei expandiert. Dabei entzieht die Turbine dem Heißgas anteilig auch Energie, um den Verdichter anzutreiben. Die Turbine und der Verdichter sind i.d.R. jeweils mehrstufig aufgebaut, wobei eine Stufe jeweils einen Leit- und einen Laufschaufelkranz aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung hat ein Modul mit einer Leitschaufelanordnung und einem Dichtungsträger zum Gegenstand. Die Leitschaufeln der Leitschaufelanordnung erstrecken sich radial zwischen einer radial äußeren Außenplattform und einer radial inneren Innenplattform. Der Dichtungsträger ist radial innerhalb dieser Innenplattform angeordnet, er bildet einen Teil des sogenannten Inner-Air-Seal (IAS). Der Dichtungsträger hilft Gasverluste zu verringern bzw. vermeiden, was den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine betreffend von Vorteil ist. Es soll ein möglichst großer Teil bzw. soweit möglich das gesamte Fluid bzw. Gas den Gaskanal der Strömungsmaschine durchströmen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein besonders vorteilhaftes Modul für eine Strömungsmaschine anzugeben.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Modul gemäß Anspruch 1 gelöst. Bei diesem sind der Dichtungsträger und die Leitschaufelanordnung mittels einer ersten und einer zweiten Dichtungsträgerwand relativ zueinander montiert, wozu die Dichtungsträgerwände miteinander axial einen Zwischenraum begrenzen, in den die Leitschaufelanordnung von radial außen mit einem oder zwei Führungszapfen eingreift. Dabei ist die zweite Dichtungsträgerwand mehrstückig zu der ersten Dichtungsträgerwand vorgesehen, also als zuvor gesondertes Teil mit der ersten Dichtungsträgerwand zusammengesetzt und daran befestigt. Diese Befestigung ist mit einem Verbindungselement realisiert, wobei ein in dem Zwischenraum angeordneter Gleitkörper die Dichtungsträgerwände in dem definierten Abstand hält, sodass diese den Zwischenraum begrenzen. Die zweite Dichtungsträgerwand ist zwar über den Gleitkörper und das Verbindungselement an der ersten Dichtungsträgerwand und damit auch am Dichtungsträger befestigt, dabei hat aber ein radial innerer Abschnitt der zweiten Dichtungsträgerwand relativ zum Dichtungsträger noch axialen oder radialen Kontakt.
  • Der radial innere Abschnitt soll an dem Dichtungsträger reibschlüssig anliegen (siehe unten im Detail), ist aber bspw. nicht stoffschlüssig damit verbunden. Insbesondere kann der radial innere Abschnitt lediglich reibschlüssig anliegen und mit dem Dichtungsträger nicht direkt verbunden, z.B. stoff- und/oder formschlüssig, verbinden sein. Der radial innere Abschnitt kann frei und/oder unverbunden sein. Der radial innere Abschnitt kann reibschlüssig anliegen, insbesondere axial und/oder radial, und/oder kann sich ansonsten frei erstrecken. Dadurch können sich bspw. Spannungen in den Bauteilen, insbesondere in dem Dichtungsträger, reduzieren lassen, es muss z. B. kein Montagespiel durch Verformungen geschlossen werden. Die Mehrstückigkeit der Dichtungsträgerwände kann bspw. hinsichtlich der Herstellung von Vorteil sein, weil etwa zum Vergleich bei zwei monolithisch mit dem Dichtungsträger ausgebildeten Dichtungsträgerwänden und einer materialabtragenden Herstellung der Zwischenraum durch einen vergleichsweise tiefen Einstich freigelegt werden müsste. Unabhängig davon kann die Mehrstückigkeit auch Möglichkeiten bei der Materialwahl bzw. -stärke eröffnen, kann die zweite Dichtungsträgerwand nämlich z. B. dünner und insbesondere in Form eines Blechs vorgesehen werden, wird also Spielraum für eine Gewichtsoptimierung geschaffen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen dem Modul und der Strömungsmaschine bzw. entsprechenden Verfahren oder Verwendungen unterschieden wird. Die Offenbarung ist hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
  • Generell beziehen sich im Rahmen dieser Offenbarung "axial" bzw. "Axialrichtung" auf die Längsachse des Moduls, also die Längsachse der Strömungsmaschine. Diese Längsachse kann bspw. mit einer Rotationsachse zusammenfallen, um welche die der Leitschaufelanordnung zugeordneten Laufschaufeln im Betrieb rotieren. "Radial" betrifft die dazu senkrechten, von der Längsachse weg weisenden Radialrichtungen, und der "Umlauf" bzw. die "Umlaufrichtung" beziehen sich auf eine Drehung um die Längsachse. "Innere" und "äußere" beziehen sich ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe auf die Radialrichtung, "innen" ist also der Längsachse näher als "außen". Sofern auf einen Axialschnitt Bezug genommen wird, betrifft dies eine die Längsachse beinhaltende Schnittebene.
  • Bezogen auf eine Durchströmung des Gaskanals des Moduls mit dem Arbeitsgas, welches bspw. die Laufschaufelblätter der Laufschaufelanordnung umströmt, meint "vorne" stromauf und "hinten" stromab. In bevorzugter Ausgestaltung ist die erste Dichtungsträgerwand vorne und die zweite Dichtungsträgerwand hinten angeordnet, also die erste stromauf und die zweite stromab. Im Folgenden wird weiterhin auf die erste und zweite Dichtungsträgerwand Bezug genommen, ist "erste" aber zugleich immer auch auf "vordere" und "zweite" auf "hintere" zu lesen.
  • Der Dichtungsträger kann radial innen bspw. ein Dichtungselement tragen, welches nach innen zu einer Dichtstruktur, etwa Dichtspitze oder Dichtfin, hin dichten kann, die im Betrieb gemeinsam mit der Welle bzw. den Laufschaufeln rotiert. Als Dichtungselement kann z. B. eine Bürstendichtung oder eine sogenannte Honigwabendichtung bzw. in allgemeinen Worten ein Einlaufbelag vorgesehen sein. Wie nachstehend im Detail erläutert, kann die erste Dichtungsträgerwand bevorzugt monolithisch mit dem Dichtungsträger ausgebildet sein, wobei die beiden in einem Axialschnitt betrachtet dann insbesondere eine T-Form bilden können (die erste Dichtungsträgerwand also zu den axialen Enden des Dichtungsträgers beabstandet ist).
  • Bei dem Verbindungselement kann es sich im Allgemeinen bspw. auch um eine Schraube bzw. einen Schraubbolzen handeln, bevorzugt wird es jedoch in Form eines Niets realisiert. Unabhängig davon können die Dichtungsträgerwände über den Umlauf verteilt mit mehreren Verbindungselementen (und Gleitkörpern) aneinander befestigt sein, und diese Gleitkörper können insbesondere eine sog. Speichenzentrierung bilden, siehe unten im Detail. Generell sind "ein" und "eine" im Rahmen dieser Offenbarung ohne ausdrücklich gegenteilige Angabe als unbestimmte Artikel und damit immer auch als "mindestens ein" und "mindestens eine" zu lesen.
  • Der "radial innere Abschnitt" der zweiten Dichtungsträgerwand kann insbesondere radial innerhalb des Verbindungselements liegen bzw. am radial inneren Ende der zweiten Dichtungsträgerwand ausgebildet sein. Dabei besteht eine reibschlüssige Anlage, ist die zweite Dichtungsträgerwand also zwar mit einer Anpresskraft in Anlage an dem Dichtungsträger gehalten, dabei aber nicht form- und/oder stoffschlüssig in dieser Anlage fixiert. Die reibschlüssige Anlage, die mit einer gewissen Vorspannung realisiert ist, kann bspw. hinsichtlich einer Dämpfung von Vorteil sein, etwa Schwingungen des Dichtungsträgers reduzieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die reibschlüssige Anlage als radiale Anlage zwischen einer der ersten Dichtungsträgerwand zugewandten Seitenfläche der zweiten Dichtungsträgerwand und einer Anlagefläche des Dichtungsträgers ausgebildet. Bevorzugt ist diese Anlagefläche an einer Stufe in einer nach außen gewandten Oberseitenfläche des Dichtungsträgers ausgebildet, wobei das radial innere Ende der zweiten Dichtungsträgerwand nicht aufsitzt. Stattdessen ist zwischen der Oberseitenfläche und diesem Ende ein Spalt ausgebildet, der das radiale Spiel erlaubt. Die zweite Dichtungsträgerwand und der Dichtungsträger liegen dann bevorzugt ausschließlich in der Anlagefläche an der Stufe aneinander an, es gibt also keine weitere(n) Anlagefläche(n).
  • Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der radial innere Abschnitt der zweiten Dichtungsträgerwand in einem Axialschnitt betrachtet schräg nach radial innen, also anteilig axial und radial. Bevorzugt ist eine schräge Erstreckung nach innen und dabei zugleich von der ersten Dichtungsträgerwand weg. Der schräge innere Abschnitt kann als Federelement agieren, also eine gewisse Anpresskraft sicherstellen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung liegt die zweite Dichtungsträgerwand dabei ausschließlich mit ihrem radial inneren Ende an dem Dichtungsträger an und erstreckt sich der schräge radial innere Abschnitt abgesehen davon frei, also von der Oberseitenfläche des Dichtungsträgers beabstandet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist an zumindest einer der Dichtungsträgerwände ein Dichtsteg angeordnet, der sich in einem Axialschnitt betrachtet von dieser zumindest einen Dichtungsträgerwand und dem Zwischenraum weg erstreckt. Im Falle der ersten/vorderen Dichtungsträgerwand erstreckt sich der Dichtsteg also nach axial vorne, wohingegen er sich im Falle der zweiten/hinteren Dichtungsträgerwand nach axial hinten von dieser wegerstreckt. Der Dichtsteg bildet gemeinsam mit der Innenplattform der Leitschaufelanordnung eine sogenannte Labyrinth- bzw. Fischmauldichtung. Diese kann anteilig auch gemeinsam mit der Innenplattform einer im Falle des vorderen Dichtstegs unmittelbar vorgelagerten oder im Falle des hinteren Dichtstegs unmittelbar nachgelagerten Laufschaufelanordnung gebildet werden. Die Innenplattform der Laufschaufelanordnung kann dann auf einer Radialposition zwischen der Innenplattform und dem Dichtsteg angeordnet sein.
  • Zusammengefasst ist bevorzugt an der vorderen Dichtungsträgerwand ein vorderer Dichtsteg angeordnet und/oder an der hinteren Dichtungsträgerwand ein hinterer Dichtsteg, besonders bevorzugt beides.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtsteg mehrstückig zu der Dichtungsträgerwand vorgesehen und über das Verbindungselement an der Dichtungsträgerwand befestigt. Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere die hintere Dichtungsträgerwand betreffen kann, ist der Dichtsteg monolithisch mit der Dichtungsträgerwand geformt, also integral aus demselben durchgehenden Material. Ist die zweite Dichtungsträgerwand als Blech vorgesehen (siehe unten im Detail), kann bspw. ein radial äußerer Abschnitt davon entsprechend gebogen sein (und sich in einem Axialschnitt betrachtet zumindest anteilig axial erstrecken). Dabei sind auch Kombinationen möglich, es kann also bspw. der vordere Dichtsteg mehrstückig vorgesehen und mit dem Verbindungselement an der vorderen Dichtungsträgerwand befestigt sein, wobei der hintere Dichtsteg entweder ebenfalls zur hinteren Dichtungsträgerwand mehrstückig oder in eben geschilderter Weise monolithisch damit ausgebildet ist.
  • Im Allgemeinen kann der Gleitkörper bspw. auch monolithisch mit einer der Dichtungsträgerwände vorgesehen sein, also der ersten oder insbesondere zweiten Dichtungsträgerwand. In bevorzugter Ausgestaltung ist er jedoch mehrstückig zu den Dichtungsträgerwänden und durchsetzt ihn das Verbindungselement axial. Letzteres ist auch im Falle einer monolithischen Ausführung bevorzugt, aber nicht zwingend. Das Verbindungselement, das den mehrstückigen Gleitkörper durchsetzt, hält diesen radial formschlüssig zwischen den Dichtungsträgerwänden, und der Gleitkörper wird dann bspw. noch zusätzlich axial geklemmt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung hat die zweite Dichtungsträgerwand eine geringere Dicke als die erste Dichtungsträgerwand, wird also die Mehrstückigkeit zur Gewichtsoptimierung genutzt. Die Dicken werden dabei jeweils in einem Axialschnitt betrachtet, wobei im Falle einer über die Erstreckung der jeweiligen Dichtungsträgerwand variierenden Dicke ein Mittelwert zugrunde gelegt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Dichtungsträgerwand aus einem Blech gebildet, was eine besonders dünne Ausgestaltung und/oder einfache Herstellung erlauben kann. Das Blech kann im Allgemeinen in Umlaufrichtung segmentiert, also mehrteilig vorgesehen sein. Bevorzugt ist jedoch eine in Umlaufrichtung durchgehende, also nicht geteilte/segmentierte Ausgestaltung.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, ist die erste Dichtungsträgerwand in bevorzugter Ausgestaltung monolithisch mit dem Dichtungsträger geformt, also aus demselben unterbrechungsfrei durchgehenden Material. Da die zweite Dichtungsträgerwand gesondert angesetzt wird und der Zwischenraum somit nicht bei der Herstellung des Dichtungsträgers berücksichtigt werden muss, kann die monolithische Herstellung von Dichtungsträger und erster Dichtungsträgerwand vereinfacht sein, bspw. durch Guss erfolgen.
  • Der Führungszapfen, mit dem die Leitschaufelanordnung in den Zwischenraum eingreift, erstreckt sich von ihrer Innenplattform nach radial innen. Bezogen auf die Umlaufrichtung liegt der Führungszapfen bevorzugt an dem Gleitkörper an, also umlaufseitig. In bevorzugter Ausgestaltung umschließt er den Gleitkörper gemeinsam mit einem weiteren Führungszapfen, der an der in Umlaufrichtung entgegengesetzten Seite des Gleitkörpers anliegt. Dieser ist also zwischen den Führungszapfen gehalten, was auch als Tang ("Zange") bezeichnet wird. Die Führungszapfen und der Gleitkörper können noch radial aneinander gleiten, wobei es umlaufend verteilt mehrere entsprechend gehaltene Gleitkörper gibt, die Anordnung also eine Speichenzentrierung darstellt.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Turbine für eine Strömungsmaschine, insbesondere für ein Flugtriebwerk, die ein vorliegend offenbartes Modul aufweist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.
  • Im Einzelnen zeigt
    • Figur 1
    ein Strahltriebwerk in einem Axialschnitt;
    Figur 2
    ein erstes erfindungsgemäßes Modul mit einer Leitschaufelanordnung und einem Dichtungsträger in einem Axialschnitt;
    Figur 3
    ein zweites erfindungsgemäßes Modul mit Leitschaufelanordnung und Dichtungsträger;
    Figur 4
    ein drittes erfindungsgemäßes Modul mit Leitschaufelanordnungen und Dichtungsträger;
    Figur 5
    ein viertes erfindungsgemäßes Modul mit Leitschaufelanordnung und Dichtungsträger;
    Figur 6
    ein fünftes erfindungsgemäßes Modul mit Leitschaufelanordnung und Dichtungsträger.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine Strömungsmaschine 1 in schematischer Ansicht, konkret ein Strahltriebwerk. Die Strömungsmaschine 1 gliedert sich funktional in Verdichter 1a, Brennkammer 1b und Turbine 1c. Dabei sind sowohl der Verdichter 1a als auch die Turbine 1c jeweils aus mehreren Stufen aufgebaut, jede Stufe setzt sich aus einem Leit- und einem Laufschaufelkranz zusammen. Im Falle der Turbine 1c ist der Laufschaufelkranz jeweils stromab des zugeordneten Leitschaufelkranzes angeordnet. Im Betrieb rotieren die Laufschaufeln um die Längsachse 2.
  • Fig. 2 zeigt als Modul 20 einen Ausschnitt der Turbine 1c, wiederum in einem Axialschnitt. Im Detail ist eine Leitschaufelanordnung 21 mit einem Leitschaufelblatt 21a und einer Innenplattform 21b, sowie einem Führungszapfen 21c zu erkennen. Das Leitschaufelblatt 21a ist radial außen an der Innenplattform 21b angeordnet, der Führungszapfen 21c erstreckt sich radial innerhalb davon in einen Zwischenraum 22 hinein. Dieser Zwischenraum 22 wird axial zwischen einer ersten, vorderen Dichtungsträgerwand 31 und einer zweiten, hinteren Dichtungsträgerwand 32 begrenzt. Die erste Dichtungsträgerwand 31 liegt bezogen auf eine Durchströmung 15 des Moduls 20 stromauf und die zweite Dichtungsträgerwand 32 stromab.
  • Die erste Dichtungsträgerwand 31 ist monolithisch mit einem Dichtungsträger 41 ausgebildet, die beiden können bspw. als Gussteil hergestellt sein. An dem Dichtungsträger 41 ist radial innen ein Dichtungselement 42 vorgesehen, bspw. eine Honigwabendichtung und/oder ein Einlaufbelag, insbesondere für eine Einlaufstruktur, wie einen Dichtfin, . Das Dichtungselement 42 dichtet gegen eine Dichtstruktur 43, die vorliegend nur schematisch als Kontur dargestellt ist und im Betrieb gemeinsam mit der Welle rotiert. Die Dichtstruktur 43, kann eine Einlaufstruktur umfassen, welche wiederum Dichtfinnen umfassen kann.
  • In den dargestellten Beispielen der Fig. 2 bis 6 umfasst die Dichtstruktur 43 jeweils zwei Dichtfinnen.
  • Die zweite Dichtungsträgerwand 32 ist mehrstückig zur ersten Dichtungsträgerwand 31 vorgesehen und über ein Verbindungselement 35 daran befestigt, vorliegend einen Niet. Das Verbindungselement 35 durchsetzt einen Gleitkörper 36, der die Dichtungsträgerwände 31, 32 in dem definierten Axialabstand hält. Die zweite Dichtungsträgerwand 32, konkret ein radial innerer Abschnitt 32.1 davon, liegt zwar mit einer der ersten Dichtungsträgerwand 31 zugewandten Seitenfläche 32a an dem Dichtungsträger 41 an, hat dabei aber radiales Spiel. Dies wird durch eine reibschlüssige axiale Anlage an einer in der Oberseitenfläche 41a des Dichtungsträgers 41 ausgebildeten Stufe 45 erreicht, wobei trotz dieser Anlage noch ein Spalt 46 zwischen der zweiten Dichtungsträgerwand 32 und der Oberseitenfläche 41a verbleibt.
  • Figur 3 zeigt eine zu Figur 2 alternative Bauform, wobei in der folgenden Darstellung vorrangig die Unterschiede betont werden und im Übrigen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Generell bezeichnen im Rahmen dieser Offenbarung die gleichen Bezugszeichen gleiche Teile bzw. Teile mit gleicher Funktion und wird insofern immer auch auf die Beschreibung zu den jeweilig anderen Figuren verwiesen. Auch bei der Variante gemäß Figur 3 liegt die zweite Dichtungsträgerwand 32 reibschlüssig an dem Dichtungsträger 41 an, allerdings im Unterschied zu Figur 2 nicht axial, sondern radial. Der innere Abschnitt 32.1 erstreckt sich schräg zur hier nicht dargestellten Längsachse nach innen und liegt lediglich mit seinem radial inneren Ende 32.1.1 an der Oberseitenfläche 41a (nur in Fig. 2 aber nicht in Fig.3 mit einem Bezugszeichen referenziert) des Dichtungsträgers 41 an.
  • Im Folgenden werden von der Variante gemäß Figur 3 ausgehend abgewandelte Bauformen beschrieben, wobei diese Abwandlungen ebenso auf Grundlage der Variante gemäß Figur 2 realisiert werden können (was aber nicht im Einzelnen dargestellt ist). Der Übersichtlichkeit halber sind in Figur 4 weniger Bezugszeichen als in Figur 3 dargestellt, das Modul 20 ist aber insoweit analog aufgebaut. Zusätzlich ist in Figur 4 an der ersten Dichtungsträgerwand 31 ein vorderer Dichtsteg 51 befestigt und ist an der zweiten Dichtungsträgerwand 32 ein hinterer Dichtsteg 52 befestigt.
  • Die Dichtstege 51, 52 sind als zur jeweiligen Dichtungsträgerwand 31, 32 mehrstückige Teile angesetzt und über das Verbindungselement 35 daran befestigt. Der vordere Dichtsteg 51 bildet gemeinsam mit der Innenplattform 21b und einer Innenplattform 55 (nur schematisch als Kontur dargestellt) der vorgelagerten Laufschaufelanordnung eine Labyrinthdichtung 61, ebenso bildet der hintere Dichtsteg 52 gemeinsam mit der Innenplattform 21b der Leitschaufelanordnung 21 und der Innenplattform 56 (nur schematisch als Kontur dargestellt) der nachgelagerten Laufschaufelanordnung eine Labyrinthdichtung 62.
  • Die Variante gemäß Figur 5 unterscheidet sich von jener nach Figur 4 nur in der Realisierung des hinteren Dichtstegs 72, der in diesem Fall monolithisch mit der zweiten Dichtungsträgerwand 32 ausgebildet ist. Diese Bauform kann bspw. durch entsprechendes Biegen eines Bleches realisiert werden.
  • Die Variante gemäß Figur 6 entspricht hinsichtlich des vorderen Dichtstegs 51 den Figuren 4 und 5, ist jedoch als vereinfachte Bauform ohne hinteren Dichtsteg ausgeführt. BEZUGSZEICHENLISTE
    Strömungsmaschine 1
    Verdichter 1a
    Brennkammer 1b
    Turbine 1c
    Längsachse 2
    Durchströmung 15
    Modul 20
    Leitschaufelanordnung 21
    Leitschaufelblatt 21a
    Innenplattform 21b
    Führungszapfen 21c
    Zwischenraum 22
    Erste, vordere Dichtungsträgerwand 31
    Zweite, hintere Dichtungsträgerwand 32
    Radial innerer Abschnitt 32.1
    Radial inneres Ende 32.1.1
    Seitenfläche 32a
    Verbindungselement 35
    Gleitkörper 36
    Dichtungsträger 41
    Oberseitenfläche 41a
    Dichtungselement 42
    Dichtstruktur 43
    Stufe 45
    Spalt 46
    vorderer Dichtsteg 51
    hinterer Dichtsteg 52
    Innenplattform 55
    Innenplattform 56
    Labyrinthdichtung 61
    Labyrinthdichtung 62
    hinterer Dichtsteg 72

Claims (15)

  1. Modul (20) für eine Strömungsmaschine (1), mit
    einer Leitschaufelanordnung (21),
    einem Dichtungsträger (41), der radial innerhalb einer Innenplattform (21b) der Leitschaufelanordnung (21) angeordnet ist, Dichtungsträgerwänden (31, 32), nämlich einer ersten (31) und einer zweiten Dichtungsträgerwand (32), und
    einem Gleitkörper (36) sowie einem Verbindungselement (35),
    wobei die Dichtungsträgerwände (31, 32) zueinander mehrstückig sind und die zweite Dichtungsträgerwand (32) über das Verbindungselement (35) an der ersten Dichtungsträgerwand (31) und dem Dichtungsträger (41) befestigt ist,
    wobei der Gleitkörper (36) die Dichtungsträgerwände (31, 32) solchermaßen voneinander beabstandet hält, dass sie miteinander axial einen Zwischenraum (22) begrenzen, in welchen die Leitschaufelanordnung (21) mit einem sich nach radial innen erstreckenden Führungszapfen (21c) eingreift,
    wobei ein radial innerer Abschnitt (32.1) der zweiten Dichtungsträgerwand (32) relativ zu dem Dichtungsträger (41) Reibkontakt hat.
  2. Modul (20) nach Anspruch 1, bei welchem, bezogen auf eine Durchströmung (15) des Moduls (20), die erste Dichtungsträgerwand (31) stromauf und die zweite Dichtungsträgerwand (32) stromab angeordnet ist.
  3. Modul (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die zweite Dichtungsträgerwand (32) an dem Dichtungsträger (41) axial reibschlüssig anliegt.
  4. Modul (20) nach Anspruch 3, bei welchem die zweite Dichtungsträgerwand (32) mit einer Seitenfläche (32a), die der ersten Dichtungsträgerwand (31) zugewandt ist, axial an einer Stufe (45) anliegt, die in einer nach radial außen gewandten Oberseitenfläche (41a) des Dichtungsträgers (41) ausgebildet ist, wobei zwischen einem radial inneren Ende (32.1.1) der zweiten Dichtungsträgerwand (32) und der Oberseitenfläche (41a) des Dichtungsträgers (41) ein Spalt (46) ausgebildet ist.
  5. Modul (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die zweite Dichtungsträgerwand (32) an dem Dichtungsträger (41) radial reibschlüssig anliegt.
  6. Modul (20) nach Anspruch 5, bei welchem sich der innere Abschnitt (32.1) der zweiten Dichtungsträgerwand (32) in einem Axialschnitt betrachtet schräg nach radial innen erstreckt und radial an einer nach radial außen gewandten Oberseitenfläche (41a) des Dichtungsträgers (41) anliegt
  7. Modul (20) nach Anspruch 6, bei welchem der radial innere Abschnitt (32.1) nur mit seinem radial inneren Ende (32.1.1) an der Oberseitenfläche (41a) des Dichtungsträgers (41) anliegt und sich ansonsten frei erstreckt.
  8. Modul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem an zumindest einer der Dichtungsträgerwände (31, 32) ein Dichtsteg (51, 52, 72) angeordnet ist, der sich in einem Axialschnitt betrachtet von der zumindest einen Dichtungsträgerwand (31, 32) und dem Zwischenraum (22) weg erstreckt und gemeinsam mit der Innenplattform (21b) der Leitschaufelanordnung (21) eine Labyrinthdichtung (61, 62) bildet.
  9. Modul (20) nach Anspruch 8, bei welchem der Dichtsteg (51, 52) mehrstückig zu der zumindest einen Dichtungsträgerwand (31, 32) ist und über das Verbindungselement (35) an der zumindest einen Dichtungsträgerwand (31, 32) befestigt ist.
  10. Modul (20) nach Anspruch 8, bei welchem der Dichtsteg (72) monolithisch mit der zumindest einen Dichtungsträgerwand (32) geformt ist.
  11. Modul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Gleitkörper (36) mehrstückig zu den Dichtungsträgerwänden (31, 32) ist und das Verbindungselement (35) den Gleitkörper (36) durchsetzt.
  12. Modul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Dichtungsträgerwand (32) eine geringere Dicke als die erste Dichtungsträgerwand (31) hat.
  13. Modul (20) nach Anspruch 12, bei welchem die zweite Dichtungsträgerwand (32) aus einem Blech gebildet ist, welches vorzugsweise in Umlaufrichtung unterbrechungsfrei durchgehend vorgesehen ist.
  14. Modul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die erste Dichtungsträgerwand (31) monolithisch mit dem Dichtungsträger (41) geformt ist, insbesondere im Querschnitt eine T-Form mit dem Dichtungsträger (41) bildet, und/oder bei welchem an dem Dichtungsträger (41) ein Dichtungselement(42), insbesondere Einlaufbelag angeordnet ist.
  15. Turbine (1c) für eine Strömungsmaschine (1), insbesondere ein Flugtriebwerk, mit einem Modul (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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