INNENRING FÜR EINEN LEITSCHAUFELKRANZ EINER STRÖMUNGSMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Innenring für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine, ein Verfahren zum Herstellen eines Leitschaufelkranzes einer Strömungsmaschine sowie eine Strömungsmaschine mit wenigstens einem solchen Innenring und/oder Leitschaufelkranz.

[0002] Mehrstufige Strömungsmaschinen wie beispielsweise thermische Gasturbinen umfassen zwischen benachbarten Rotorstufen häufig jeweils einen Leitschaufelkranz. Diese Leitschaufelkränze werden zumindest teilweise mit verstellbaren Leitschaufeln ausgestattet, um das jeweilige Betriebsfluid der Strömungsmaschine gezielt umzulenken, so dass das Betriebsfluid in einem optimalen Winkel auf die stromab liegende Rotorstufe auftrifft. Die verstellbaren Leitschaufeln sind dabei einenends in einem Außenring oder Gehäuse der Strömungsmaschine und anderenends in einem Innenring drehbar gelagert.

[0003] Aus der DE 10 2005 042 747 ist eine Gasturbine bekannt, welche in einem Verdichter einen Leitschaufelkranz mit einem Innenring als Statorstufe umfasst, wobei der Innenring aus elastisch verformbaren Halbkreis-Ringsegmenten besteht. Zur Montage des Innenrings wird dieser verformt bis radial innere Lagerzapfen der Leitschaufeln in entsprechenden Lagerbuchsen des Innenrings angeordnet werden können. Nach dem Entspannen des Innenrings wird dieser mit einem Träger verbunden.

[0004] Als nachteilig an dem bekannten Innenring bzw. an einem mit diesem versehenen Leitschaufelkranz ist der Umstand anzusehen, dass der Innenring aufgrund seiner elastischen Verformbarkeit bei einer gegebenen axialen Baulänge eine vergleichsweise geringe mechanische Stabilität und aerodynamische Belastbarkeit besitzt, wodurch es während des Betriebs der zugeordneten Strömungsmaschine zu Strömungsverlusten und einer damit verbundenen Verschlechterung des Wirkungsgrads, der Pumpgrenze und der Leistung der Strömungsmaschine kommen kann.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Innenring für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine zu schaffen, der eine höhere mechanische und aerodynamische Belastbarkeit besitzt. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Leitschaufelkranzes mit einer höheren mechanischen und aerodynamischen Belastbarkeit sowie eine entsprechend verbesserte Strömungsmaschine anzugeben.

[0006] Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Innenring mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 sowie durch eine Strömungsmaschine gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte und umgekehrt anzusehen sind.

[0007] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Innenring für einen Leitschaufelkranz einer Strömungsmaschine, mittels welchem verstellbare Leitschaufeln drehbeweglich lagerbar sind. Eine höhere mechanische und aerodynamische Belastbarkeit des Innenrings und somit des Leitschaufelkranzes wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Innenring einen ersten und einen zweiten Fixierring umfasst, welche über wenigstens ein bezüglich einer Mittelachse des Innenrings axiales Fixierelement miteinander verbunden sind, wobei das wenigstens eine Fixierelement eine mit einer zugeordneten Leitschaufel korrespondierende, bezüglich der Mittelachse radial vorspringende Schaufellagerung zur drehbeweglichen Lagerung der Leitschaufel umfasst. Mit anderen Worten umfasst der erfindungsgemäße Innenring zwei Fixierringe, die über ein oder mehrere axial angeordnete Fixierelemente miteinander verbunden sind, wobei jedes Fixierelement zusätzlich eine radial vorspringende bzw. abragende Schaufellagerung umfasst und damit sowohl die Funktionalität der axialen Fixierung als auch der Drehlagerung einer zugeordneten Leitschaufel in sich vereint. Durch die Teilung des Innenrings in zwei Fixierringe ist es zudem nicht erforderlich, die Fixierringe zur Montage elastisch verformbar auszubilden, da die Fixierringe ohne Verformung von einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite her an den Leitschaufeln angeordnet und über das wenigstens eine Fixierelement zum Innenring vereinigt werden können. Aufgrund der höheren mechanischen und aerodynamischen Belastbarkeit des Innenrings wird bei gleicher axialer Baulänge der zugeordneten Statorstufe bzw. des zugeordneten Leitschaufelkranzes eine Verbesserung des Wirkungsgrads, der Pumpgrenze und der Leistung einer zugeordneten Strömungsmaschine ermöglicht. Durch die Integration dieser beiden Funktionalitäten in dem Fixierelement wird zudem Bauraum gewonnen, da kein zusätzlicher Platzbedarf für Durchsteckschrauben oder sonstige Sicherungsmittel erforderlich ist. Dadurch kann die Teilung, das heißt der Umfangsabstand zwischen den Leitschaufeln reduziert werden, wodurch zusätzliche aerodynamische Vorteile erzielt werden. Alternativ ist es möglich, die axiale Baulänge der mit dem Innenring versehenen Statorstufe bzw. des mit dem Innenring versehenen Leitschaufelkranzes bei gleicher mechanischer und aerodynamischer Belastbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik zu reduzieren. Vorzugsweise umfasst der Innenring für jede Leitschaufel ein solches Fixierelement. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich Ausdrücke wie "axial" und "radial" grundsätzlich auf die Mittelachse des Innenrings, die in Einbaulage koaxial zu einer Drehachse einer zugeordneten Strömungsmaschine verläuft. Die Fixierringe können grundsätzlich über Dreh- und/oder Fräsverfahren oder generativ, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen hergestellt sein. Das bzw. die Fixierelemente können generell ebenfalls generativ, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen hergestellt sein. Alternativ sind aber auch andere Herstellungsverfahren, beispielsweise Schmieden und/oder Fräsen denkbar.

[0008] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Fixierelement als Schaufellagerung eine Buchse umfasst, in welcher ein Lagerzapfen der zugeordneten Leitschaufel anordenbar ist, oder dass das Fixierelement als Schaufellagerung einen Lagerzapfen umfasst, welcher in einer Buchse der zugeordneten Leitschaufel anordenbar ist. Hierdurch kann das Fixierelement optimal an die jeweilige Ausgestaltung der zugeordneten Leitschaufel als Gegenteil angepasst werden.

[0009] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Fixierring und/oder der zweite Fixierring segmentiert ausgebildet ist bzw. sind. Beispielsweise kann der erste Fixierring und/oder der zweite Fixierring in zwei, drei, vier oder mehr Ringsegmente unterteilt sein. Diese Segmentierung erleichtert in bestimmten Anwendungsfällen die Montage des betreffenden Fixierrings und somit des Leitschaufelkranzes.

[0010] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der erste Fixierring und/oder der zweite Fixierring ein Dichtelement, insbesondere eine Wabendichtung trägt bzw. tragen. Hierdurch kann der Innenring gegenüber weiteren Bauteilen der Strömungsmaschine abgedichtet werden, was zu einer weiteren Verringerung von Strömungsverlusten beiträgt. Das Dichtelement kann stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, mit dem betreffenden Fixierring verbunden sein. Alternativ kann der betreffende Fixierring zusammen mit dem Dichtelement generativ hergestellt sein. Jedoch sind auch weitere Herstellungsverfahren denkbar.

[0011] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Fixierelement verdrehsicher, insbesondere formschlüssig, in einer korrespondierenden, vorzugsweise mehreckigen Montageöffnung des ersten Fixierrings und/oder des zweiten Fixierrings angeordnet ist. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass das Fixierelement entlang seiner axialen Erstreckung einen oder mehrere Bereiche aufweist, die geometrisch derart gestaltet sind, dass das Fixierelement verdrehsicher in einer zugeordneten Montageöffnung angeordnet ist. Beispielsweise können der betreffende Bereich des Fixierelements und die zugeordnete Montageöffnung im Querschnitt oval, dreieckig, quadratisch, rechteckig oder mehreckig ausgebildet sein, wodurch eine fluiddichte und verdrehsichere Anordnung gewährleistet ist. Zusätzlich wird auf diese Weise ein Verkippen einer mittels des Fixierelements gelagerten Leitschaufel besonders zuverlässig verhindert. Die Montageöffnung(en) kann bzw. können beispielsweise durch Bohren, Fräsen und/oder elektrochemisches Abtragen (ECM/PEM) in den betreffenden Fixierring eingebracht werden. Wenn beide Fixierringe miteinander fluchtende Montageöffnungen aufweisen sollen, hat es sich zur Toleranzminimierung als vorteilhaft gezeigt, die Fixierringe analog zur Einbaulage zu paaren und die Montageöffnungen gemeinsam zu erzeugen.

[0012] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Fixierelement in einem ersten Endbereich mit einem als Sperrplatte ausgebildeten Sicherungselement gekoppelt ist. Hierdurch kann das Fixierelement axial an einem der Fixierringe abgestützt werden und ist zumindest in eine Richtung gegen Herausfallen gesichert.

[0013] Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Sperrplatte U-förmig ausgebildet und/oder in einer Nut des Fixierelements angeordnet ist. Hierdurch kann die Sperrplatte zur Montage einfach auf das Fixierelement aufgeschoben werden.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Fixierring und/oder der zweite Fixierring ein Aufnahmeprofil aufweist, in welchem die Sperrplatte herausfallsicher aufgenommen ist. Das Aufnahmeprofil kann grundsätzlich auch durch den ersten und zweiten Fixierring gebildet werden, wenn diese in ihrer Einbaulage angeordnet sind, so dass jeder Fixierring für sich genommen nur einen Teilbereich des Aufnahmeprofils aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Sperrplatte auf dem zweiten Fixierring aufliegt. Hierdurch ist ein unerwünschtes Herausfallen der Sperrplatte in radialer Richtung während des Betriebs einer zugeordneten Strömungsmaschine verunmöglicht.

[0015] Weitere Vorteile ergeben sich, indem das Fixierelement in einem zweiten Endbereich mit einem vorzugsweise als Mutter ausgebildeten Sicherungselement am zweiten Fixierring festgelegt ist. Hierdurch kann das Fixierelement axial an dem betreffenden Fixierring abgestützt werden und ist zumindest in eine Richtung gegen Herausfallen gesichert. Wenn als Sicherungselement eine Mutter verwendet wird, weist das Fixierelement vorzugsweise ein korrespondierendes Gewinde auf.

[0016] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Schaufellagerung des Fixierelements mittels eines Dichtelements, insbesondere eines Dichtrings, gegenüber dem ersten Fixierring und/oder dem zweiten Fixierring abgedichtet ist. Hierdurch wird die Durchströmung der Fixierringe zusätzlich reduziert.

[0017] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leitschaufelkranzes einer Strömungsmaschine. Dabei werden zumindest die Schritte a) Bereitstellen eines Außenrings und mehrerer verstellbarer Leitschaufeln, b) Einsetzen von radial äußeren Schaufellagerungen der Leitschaufeln in den Außenring, c) Verbinden von radial inneren Schaufellagerungen der Leitschaufeln mit jeweils einer radial vorspringenden Schaufellagerung eines zugeordneten Fixierelements, d) Anordnen eines ersten Fixierrings an jeweiligen ersten Endbereichen der Fixierelemente, e) Anordnen jeweils eines Sicherungselements an ersten Endbereichen der Fixierelemente, wobei die Sicherungselemente eine relative axiale Bewegung des ersten Fixierrings gegenüber den Fixierelementen begrenzen, f) Anordnen eines zweiten Fixierrings an jeweiligen zweiten Endbereichen der Fixierelemente, so dass sich die Fixierelemente axial zwischen dem ersten und zweiten Fixierring erstrecken und g) Anordnen jeweils eines Sicherungselements an jedem zweiten Endbereich der Fixierelemente, wobei die Sicherungselemente eine relative axiale Bewegung des zweiten Fixierrings gegenüber den Fixierelementen begrenzen, durchgeführt. Durch die Verwendung des gemäß dem ersten Erfindungsaspekts ausgebildeten Innenrings zur Herstellung des Leitschaufelkranzes weist dieser bei einer bestimmten axialen Baulänge eine vergleichsweise höhere mechanische und aerodynamische Belastbarkeit als aus dem Stand der Technik bekannte Leitschaufelkränze auf. Der Außenring kann grundsätzlich einteilig bzw. als Teil des Gehäuses ausgebildet sein. Dem Fachmann ist bewusst, dass die angegebene Schrittabfolge zumindest in Teilen variiert werden kann, ohne den Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verlassen. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die angegebenen Schritte zur Demontage des Leitschaufelkranzes in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. Auch in diesem Fall sind entsprechende Variationen der Schrittabfolge denkbar.

[0018] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in Schritt c) Buchsen als radial innere Schaufellagerungen in Innenteller der Leitschaufeln eingesetzt und Lagerzapfen als radial vorspringende Schaufellagerungen der Fixierelemente in die Buchsen eingesetzt. Alternativ oder zusätzlich werden in Schritt c) Lagerzapfen als Schaufellagerungen der Leitschaufeln in jeweilige Buchsen als radial vorspringende Schaufellagerungen der Fixierelemente eingesetzt. Hierdurch kann die drehbewegliche Lagerung der Leitschaufeln über die Fixierelemente in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung der Leitschaufeln und des vorhandenen Bauraums erfolgen.

[0019] Weitere Vorteile ergeben sich, wenn in Schritt e) jeweils ein als Sperrplatte ausgebildetes Sicherungselement radial von innen in eine jeweilige Nut in den ersten Endbereichen der Fixierelemente eingeschoben wird und nach dem Anordnen des zweiten Fixierrings in Schritt f) auf diesem aufliegt. Hierdurch ist das Sicherungselement zuverlässig gegen Herausfallen geschützt.

[0020] Eine mechanisch besonders stabile Verbindung des Innenrings wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass in Schritt g) Muttern als Sicherungselemente auf die zweiten Endbereiche der Fixierelemente aufgeschraubt werden, bis der erste und der zweite Fixierring über die Fixierelemente aneinander festgelegt sind.

[0021] Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Flugtriebwerk, umfassend wenigstens einen Innenring gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder wenigstens einen Leitschaufelkranz, welcher mittels eines Verfahrens gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt hergestellt ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts zu entnehmen.

[0022] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Dabei zeigt:

Fig. 1

eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings für einen Leitschaufelkranz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2

eine ausschnittsweise Perspektivansicht des Leitschaufelkranzes in Strömungsrichtung;

Fig. 3

eine schematische Schnittansicht des Leitschaufelkranzes;

Fig. 4

eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings für einen Leitschaufelkranz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5

eine schematische Perspektivansicht eines in Fig. 4 gezeigten Fixierelements; und

Fig. 6

eine schematische Perspektivansicht des Fixierelements, das in einem Fixierring angeordnet ist.

[0023] Fig. 1 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings 14 für einen Leitschaufelkranz 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei lediglich der radial innere Bereich dargestellt ist. Fig. 1 wird im Folgenden in Zusammenschau mit Fig. 2 und Fig. 3 erläutert werden, wobei Fig. 2 eine ausschnittsweise Perspektivansicht des Leitschaufelkranzes 10 in Strömungsrichtung gemäß Pfeil II und Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Leitschaufelkranzes 10 gemäß der Schnittlinie III-III zeigt. Der Leitschaufelkranz 10 umfasst mehrere verstellbare Leitschaufeln 12, die drehbar in einem Innenring 14 gelagert sind, wobei der Innenring 14 einen eigenständigen Erfindungsaspekt darstellt. Der Innenring 14 umfasst einen in Strömungsrichtung betrachtet axial vorderen ersten Fixierring 16a sowie einen axial hinteren zweiten Fixierring 16b, zwischen welchen sich pro Leitschaufel 12 ein bezüglich einer Mittelachse M des Innenrings 14 axiales Fixierelement 18 erstreckt. Die Fixierringe 16a, 16b können unabhängig voneinander als 360°- bzw. Ringelemente oder segmentiert, beispielsweise als Halbringsegmente ausgebildet sein. Der axial hintere Fixierring 16b trägt zusätzlich ein Dichtelement 17, welches vorliegend als Wabendichtung ausgebildet und durch Löten mit dem Fixierring 16b verbunden ist. Das Fixierelement 18 umfasst ungefähr in seiner Mitte eine radial nach außen vorspringende Schaufellagerung 20, die vorliegend als Lagerzapfen ausgebildet ist. Es wird deutlich, dass die Fixierringe 16a, 16b im montierten Zustand eine Öffnung 22 bilden, durch welche die Schaufellagerung 20 ragt. Die Leitschaufel 12 umfasst ihrerseits als Schaufellagerung eine Buchse 24, die in einer Bohrung im Bereich des Innentellers 26 angeordnet ist und in welche der Lagerzapfen 20 des Fixierelements 18 eingesetzt ist.

[0024] Das Fixierelement 18 weist einen ersten Bereich 18a und einen zweiten Bereich 18b auf, die im Querschnitt quadratisch bzw. viereckig ausgebildet sind. In diesen Bereichen 18a, 18b ist das Fixierelement 18 formschlüssig und verdrehsicher in korrespondierenden Montageöffnungen 28a, 28b im ersten bzw. zweiten Fixierring 16a, 16b angeordnet. Hierdurch wird die Leitschaufel 12 in ihrer Einbaulage zusätzlich gegen Verkippen gesichert.

[0025] Zur axialen Positionierung sowie zum gegenseitigen Festlegen des Fixierelements 18 und der Fixierringe 16a, 16b ist ein als U-förmige Sperrplatte ausgebildetes Sicherungselement 30a auf einen ersten Endbereich des Fixierelements 18 aufgeschoben. Man erkennt, dass das Sicherungselement 30a auf dem zweiten Fixierring 16b aufliegt und in einem korrespondierenden Aufnahmeprofil 32 aufgenommen ist. Hierdurch wird ein unerwünschtes Herausfallen des Sicherungselements 30a zuverlässig verhindert. An seinem gegenüberliegenden Endbereich ist das Fixierelement 18 mit einem als Mutter ausgebildeten Sicherungselement 30b verschraubt, wodurch die Fixierringe 16a, 16b über das Fixierelement 18 miteinander verbunden sind.

[0026] Zur Montage des Leitschaufelkranzes 10 werden die radial äußeren Enden der Leitschaufeln 12 in einen einteiligen Außenring (nicht gezeigt) bzw. in ein Gehäuse einer Strömungsmaschine eingesetzt. Anschließend werden jeweils eine Buchse 24 und ein Fixierelement 18 in die Innenteller 26 der einzelnen Leitschaufeln 12 eingesetzt. Danach wird der erste Fixierring 16a von Vorne auf die Fixierelemente 18 aufgeschoben und die Sicherungselemente 30a radial von unten auf die Fixierelemente 18 aufgeschoben. Daraufhin wird der zweite Fixierring 16b von der Hinterseite her auf die Fixierelemente 18 geschoben, wodurch gleichzeitig die Sicherungselemente 30a gegen radiales Herausfallen gesichert werden. Abschließend werden die Muttern 30b auf die Fixierelemente 18 geschraubt.

[0027] Fig. 4 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Innenrings 14 für einen Leitschaufelkranz 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der grundsätzliche Aufbau und die Montage bzw. Demontage des Leitschaufelkranzes 10 entsprechen im Wesentlichen denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das Fixierelement 18 vorliegend als Schaufellagerung 20 eine Buchse oder Bohrung auf, in welcher ein Lagerzapfen 34 der zugeordneten Leitschaufel 12 angeordnet ist. Weiterhin ist die Schaufellagerung 20 des Fixierelements 18 mittels eines als Dichtring bzw. Kolbenring ausgebildeten Dichtelements 36 gegenüber dem ersten Fixierring 16a und dem zweiten Fixierring 16b abgedichtet. Bei der Montage wird das Dichtelement 36 vor der Anordnung der Fixierringe 16a, 16b an der Außenseite der Schaufellagerung 20 angeordnet.

[0028] Fig. 5 zeigt zur weiteren Verdeutlichung eine schematische Perspektivansicht des in Fig. 4 gezeigten Fixierelements 18, in dessen Schaufellagerung 20 die Leitschaufel 12 angeordnet ist. Man erkennt, dass die Sperrplatte 30a in eine Nut 38 in einem Endbereich des Fixierelements 18 eingeschoben ist. Ebenso sind die quadratisch ausgebildeten Bereiche 18a, 18b zu erkennen, die zur formschlüssigen und verdrehfesten Anordnung des Fixierelements 18 dienen.

[0029] Fig. 6 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Fixierelements 18, das in der Montageöffnung 28b des axial hinteren Fixierrings 16b angeordnet ist. Man erkennt die zum Bereich 18b der einzelnen Fixierelemente korrespondierende quadratische Form der Montageöffnungen 28b. Ebenso ist die Nut 38 des Fixierelements erkennbar.

Bezugszeichenliste:

[0030] 

10

Leitschaufelkranz

12

Leitschaufel

14

Innenring

16a

erster Fixierring

16b

zweiter Fixierring

17

Dichtelement

18

Fixierelement

18a

Bereich

18b

Bereich

20

Schaufellagerung

22

Öffnung

24

Buchse

26

Innenteller

28a

Montageöffnungen

28b

Montageöffnung

30a

Sicherungselement

30b

Sicherungselement

32

Aufnahmeprofil

34

Lagerzapfen

36

Dichtelement

38

Nut

M

Mittelachse

Ansprüche

1. Innenring (14) für einen Leitschaufelkranz (10) einer Strömungsmaschine, mittels welchem verstellbare Leitschaufeln (12) drehbeweglich lagerbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieser einen ersten und einen zweiten Fixierring (16a, 16b) umfasst, welche über wenigstens ein bezüglich einer Mittelachse (M) des Innenrings (14) axiales Fixierelement (18) miteinander verbunden sind, wobei das wenigstens eine Fixierelement (18) eine mit einer zugeordneten Leitschaufel (12) korrespondierende, bezüglich der Mittelachse (M) radial vorspringende Schaufellagerung (20) zur drehbeweglichen Lagerung der Leitschaufel (12) umfasst.

2. Innenring (14) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fixierelement (18) als Schaufellagerung (20) eine Buchse umfasst, in welcher ein Lagerzapfen (34) der zugeordneten Leitschaufel (12) anordenbar ist, oder dass das Fixierelement (18) als Schaufellagerung (20) einen Lagerzapfen umfasst, welcher in einer Buchse (24) der zugeordneten Leitschaufel (12) anordenbar ist.

3. Innenring (14) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Fixierring (16a) und/oder der zweite Fixierring (16b) segmentiert ausgebildet ist bzw. sind.

4. Innenring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Fixierring (16a) und/oder der zweite Fixierring (16b) ein Dichtelement (17), insbesondere eine Wabendichtung trägt bzw. tragen.

5. Innenring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fixierelement (18) verdrehsicher, insbesondere formschlüssig, in einer korrespondierenden, vorzugsweise mehreckigen Montageöffnung (28a, 28b) des ersten Fixierrings (16a) und/oder des zweiten Fixierrings (16b) angeordnet ist.

6. Innenring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fixierelement (18) in einem ersten Endbereich mit einem als Sperrplatte ausgebildeten Sicherungselement (30a) gekoppelt ist.

7. Innenring (14) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sperrplatte U-förmig ausgebildet und/oder in einer Nut (38) des Fixierelements (18) angeordnet ist.

8. Innenring (14) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Fixierring (16a) und/oder der zweite Fixierring (16b) ein Aufnahmeprofil (32) aufweist, in welchem die Sperrplatte herausfallsicher aufgenommen ist und/oder dass die Sperrplatte auf dem zweiten Fixierring (16b) aufliegt.

9. Innenring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Fixierelement (18) in einem zweiten Endbereich mit einem vorzugsweise als Mutter ausgebildeten Sicherungselement (30b) am zweiten Fixierring (16b) festgelegt ist.

10. Innenring (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaufellagerung (20) des Fixierelements (18) mittels eines Dichtelements (36), insbesondere eines Dichtrings, gegenüber dem ersten Fixierring (16a) und/oder dem zweiten Fixierring (16b) abgedichtet ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines Leitschaufelkranzes (10) einer Strömungsmaschine, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen eines Außenrings und mehrerer verstellbarer Leitschaufeln (12);

b) Einsetzen von radial äußeren Schaufellagerungen der Leitschaufeln (12) in den Außenring;

c) Verbinden von radial inneren Schaufellagerungen der Leitschaufeln (12) mit jeweils einer radial vorspringenden Schaufellagerung (20) eines zugeordneten Fixierelements (18);

d) Anordnen eines ersten Fixierrings (16a) an jeweiligen ersten Endbereichen der Fixierelemente (18);

e) Anordnen jeweils eines Sicherungselements (30a) an ersten Endbereichen der Fixierelemente (18), wobei die Sicherungselemente (30a) eine relative axiale Bewegung des ersten Fixierrings (16a) gegenüber den Fixierelementen (18) begrenzen;

f) Anordnen eines zweiten Fixierrings (16b) an jeweiligen zweiten Endbereichen der Fixierelemente (18), so dass sich die Fixierelemente (18) axial zwischen dem ersten und zweiten Fixierring (16a, 16b) erstrecken; und

g) Anordnen jeweils eines Sicherungselements (30b) an jedem zweiten Endbereich der Fixierelemente (18), wobei die Sicherungselemente (30b) eine relative axiale Bewegung des zweiten Fixierrings (16b) gegenüber den Fixierelementen (18) begrenzen.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt c) Buchsen (24) als radial innere Schaufellagerungen in Innenteller (26) der Leitschaufeln (12) eingesetzt und Lagerzapfen als radial vorspringende Schaufellagerungen (20) der Fixierelemente (18) in die Buchsen (24) eingesetzt werden und/oder dass in Schritt c) Lagerzapfen (34) als Schaufellagerungen der Leitschaufeln (12) in jeweilige Buchsen als radial vorspringende Schaufellagerungen (20) der Fixierelemente (18) eingesetzt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt e) jeweils ein als Sperrplatte ausgebildetes Sicherungselement (30a) radial von innen in eine jeweilige Nut (38) in den ersten Endbereichen der Fixierelemente (18) eingeschoben wird und nach dem Anordnen des zweiten Fixierrings (16b) in Schritt f) auf diesem aufliegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Schritt g) Muttern als Sicherungselemente (30b) auf die zweiten Endbereiche der Fixierelemente (18) aufgeschraubt werden, bis der erste und der zweite Fixierring (16a, 16b) über die Fixierelemente (18) aneinander festgelegt sind.

15. Strömungsmaschine, insbesondere Flugtriebwerk, umfassend wenigstens einen Innenring (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder wenigstens einen Leitschaufelkranz (10), welcher mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 14 hergestellt ist.

Claims

1. Inner ring (14) for a guide vane ring (10) of a turbomachine, by means of which adjustable guide vanes (12) can be rotatably mounted, characterized in that the inner ring comprises a first and a second fixing ring (16a, 16b) which are interconnected by means of at least one fixing element (18) that is axial with respect to a central axis (M) of the inner ring (14), the at least one fixing element (18) comprising a vane mounting (20) for rotatably mounting a guide vane (12), which mounting corresponds to the associated guide vane (12) and projects radially with respect to the central axis (M).

2. Inner ring (14) according to claim 1, characterized in that the fixing element (18) comprises a bushing as the vane mounting (20), in which bushing a bearing journal (34) of the associated guide vane (12) can be arranged, or in that the fixing element (18) comprises a bearing journal as the vane mounting (20), which journal can be arranged in a bushing (24) of the associated guide vane (12).

3. Inner ring (14) according to either claim 1 or claim 2, characterized in that the first fixing ring (16a) and/or the second fixing ring (16b) is/are segmented.

4. Inner ring (14) according to any of claims 1 to 3, characterized in that the first fixing ring (16a) and/or the second fixing ring (16b) supports/support a sealing element (17), in particular a honeycomb seal.

5. Inner ring (14) according to any of claims 1 to 4, characterized in that the fixing element (18) is non-rotatably, in particular form-fittingly, arranged in a corresponding, preferably polygonal installation opening (28a, 28b) in the first fixing ring (16a) and/or the second fixing ring (16b).

6. Inner ring (14) according to any of claims 1 to 5, characterized in that the fixing element (18) is coupled, in a first end region, to a securing element (30a) designed as a blocking plate.

7. Inner ring (14) according to claim 6, characterized in that the blocking plate is U-shaped and/or arranged in a groove (38) in the fixing element (18).

8. Inner ring (14) according to either claim 6 or claim 7, characterized in that the first fixing ring (16a) and/or the second fixing ring (16b) has a receiving profile (32) in which the blocking plate is received so as to be secured against falling out, and/or in that the blocking plate rests on the second fixing ring (16b).

9. Inner ring (14) according to any of claims 1 to 8, characterized in that the fixing element (18) is secured, in a second end region, to a securing element (30b) on the second fixing ring (16b), which element is preferably designed as a nut.

10. Inner ring (14) according to any of claims 1 to 9, characterized in that the vane mounting (20) of the fixing element (18) is sealed off from the first fixing ring (16a) and/or the second fixing ring (16b) by means of a sealing element (36), in particular a sealing ring.

11. Method for producing a guide vane ring (10) of a turbomachine, comprising the following steps:

a) providing an outer ring and a plurality of adjustable guide vanes (12);

b) inserting radially outer vane mountings of the guide vanes (12) into the outer ring;

c) connecting each of the radially inner vane mountings of the guide vanes (12) to a radially projecting vane mounting (20) of an associated fixing element (18);

d) arranging a first fixing ring (16a) at respective first end regions of the fixing elements (18);

e) arranging a securing element (30a) at each of the first end regions of the fixing elements (18), wherein the securing elements (30a) restrict an axial movement of the first fixing ring (16a) relative to the fixing elements (18);

f) arranging a second fixing ring (16b) at respective second end regions of the fixing elements (18) such that the fixing elements (18) extend axially between the first and the second fixing ring (16a, 16b); and

g) arranging a securing element (30b) at each second end region of the fixing elements (18), wherein the securing elements (30b) restrict an axial movement of the second fixing ring (16b) relative to the fixing elements (18).

12. Method according to claim 11, characterized in that, in step c), bushings (24) are inserted into inner plates (26) of the guide vanes (12) as radially inner vane mountings, and bearing journals are inserted into the bushings (24) as radially projecting vane mountings (20) of the fixing elements (18), and/or in that, in step c), bearing journals (34), as vane mountings of the guide vanes (12), are inserted into respective bushings as radially projecting vane mountings (20) of the fixing elements (18).

13. Method according to either claim 11 or claim 12, characterized in that, in step e), in each case a securing element (30a) designed as a blocking plate is inserted radially from the inside into a groove (38) in each of the first end regions of the fixing elements (18) and, after arranging the second fixing ring (16b) in step f), rests thereon.

14. Method according to any of claims 11 to 13, characterized in that, in step g), nuts are screwed onto the second end regions of the fixing elements (18) as securing elements (30b) until the first and the second fixing ring (16a, 16b) are secured to one another by means of the fixing elements (18).

15. Turbomachine, in particular an aircraft engine, comprising at least one inner ring (14) according to any of claims 1 to 10 and/or at least one guide vane ring (10) produced by means of a method according to any of claims 11 to 14.

Revendications

1. Bague intérieure (14) d'une couronne d'aubes directrices (10) d'une turbomachine, au moyen de laquelle des aubes directrices réglables (12) peuvent être montées en rotation, caractérisée en ce qu'elle comprend une première et une seconde bague de fixation (16a, 16b) qui sont reliées entre elles par au moins un élément de fixation (18) axial par rapport à un axe central (M) de la bague intérieure (14), l'au moins un élément de fixation (18) comprenant un palier d'aubes (20) correspondant à une aube directrice (12) et fixé radialement par rapport à l'axe central (M), pour le stockage de l'aube directrice (12) d'une façon autorisant le mouvement.

2. Bague intérieure (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de fixation (18) comprend, en tant que palier d'aubes (20), une douille dans laquelle peut être disposé un axe de support (34) de l'aube directrice (12) associée, ou en ce que l'élément de fixation (18) comprend, en tant que palier d'aubes (20), un axe de support qui peut être disposé dans une douille (24) de l'aube directrice associée (12).

3. Bague intérieure (14) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la première bague de fixation (16a) et/ou la seconde bague de fixation (16b) est ou sont segmentée(s).

4. Bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première bague de fixation (16a) et/ou la seconde bague de fixation (16b) porte(nt) un élément d'étanchéité (17), en particulier un joint en nid-d'abeilles.

5. Bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'élément de fixation (18) est disposé de manière non rotative, en particulier par complémentarité de forme, dans une ouverture de montage (28a, 28b) correspondante, de préférence polygonale, de la première bague de fixation (16a) et/ou de la seconde bague de fixation (16b).

6. Bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément de fixation (18) est couplé, dans une première zone d'extrémité, à un élément de verrouillage (30a) prenant la forme d'une plaque de verrouillage.

7. Bague intérieure (14) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la plaque de verrouillage est conçue en forme de U et/ou disposée dans une rainure (38) de l'élément de fixation (18).

8. Bague intérieure (14) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la première bague de fixation (16a) et/ou la seconde bague de fixation (16b) présente un profilé de réception (32) dans lequel la plaque de verrouillage est reçue de manière sécurisée contre les chutes et/ou en ce que la plaque de verrouillage repose sur la seconde bague de fixation (16b).

9. Bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'élément de fixation (18) est fixé dans une seconde zone d'extrémité au niveau de la seconde bague de fixation (16b) par un élément de fixation (30b) de préférence sous forme d'écrou.

10. Bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le palier d'aubes (20) de l'élément de fixation (18) est rendu étanche par rapport à la première bague de fixation (16a) et/ou à la seconde bague de fixation (16b) au moyen d'un élément d'étanchéité (36), en particulier une bague d'étanchéité.

11. Procédé de fabrication d'une couronne d'aubes directrices (10) d'une turbomachine, comprenant les étapes :

a) de mise à disposition d'une bague extérieure et de plusieurs aubes directrices réglables (12) ;

b) d'insertion de paliers d'aube radialement extérieurs des aubes directrices (12) dans la bague extérieure ;

c) de raccordement de paliers d'aube radialement intérieurs des aubes directrices (12) à un palier d'aubes (20) faisant saillie radialement d'un élément de fixation (18) associé ;

d) de disposition d'une première bague de fixation (16a) au niveau des premières zones d'extrémité respectives des éléments de fixation (18) ;

e) de disposition, à chaque fois, d'un élément de fixation (30a) au niveau des premières zones d'extrémité des éléments de fixation (18), les éléments de fixation (30a) limitant un mouvement axial relatif de la première bague de fixation (16a) par rapport aux éléments de fixation (18) ;

f) de disposition d'une seconde bague de fixation (16b) au niveau des secondes parties d'extrémité respectives des éléments de fixation (18) de sorte que les éléments de fixation (18) s'étendent axialement entre la première et la seconde bague de fixation (16a, 16b) ;

g) de disposition, à chaque fois, d'un élément de fixation (30b) à chaque seconde partie d'extrémité des éléments de fixation (18), les éléments de fixation (30b) limitant un mouvement axial relatif de la seconde bague de fixation (16b) par rapport aux éléments de fixation (18).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que, dans l'étape c), des douilles (24) sont insérées en tant que paliers d'aube radialement intérieurs dans les plaques intérieures (26) des aubes directrices (12) et des axes de palier sont insérés en tant que paliers d'aubes (20) des éléments de fixation (18) faisant saillie radialement dans les douilles (24) et/ou en ce que, dans l'étape c), des axes de support (34) sont insérés comme paliers d'aube des aubes directrices (12) dans des douilles respectives, en tant que paliers d'aubes (20) faisant saillie radialement des éléments de fixation (18).

13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que, dans l'étape e), un élément de fixation (30a) respectif sous la forme d'une plaque de verrouillage est inséré radialement de l'intérieur dans une rainure respective (38) dans les premières zones d'extrémité des éléments de fixation (18) et repose sur celle-ci après la disposition de la seconde bague de fixation (16b) à l'étape f).

14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que, dans l'étape g), des écrous sont vissés sur les secondes zones d'extrémité des éléments de fixation (18) comme éléments de fixation (30b), jusqu'à ce que les première et seconde bagues de fixation (16a, 16b) soient fixées entre elles par les éléments de fixation (18).

15. Turbomachine, en particulier un moteur d'avion, comprenant au moins une bague intérieure (14) selon l'une des revendications 1 à 10 et/ou au moins une couronne d'aubes directrices (10), laquelle est fabriquée par un procédé selon l'une des revendications 11 à 14.

Zeichnung