(19) |
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(11) |
EP 3 287 608 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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01.05.2019 Patentblatt 2019/18 |
(22) |
Anmeldetag: 04.07.2017 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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INNENRING FÜR EINEN LEITSCHAUFELKRANZ EINER STRÖMUNGSMASCHINE
INTERNAL RING FOR A GUIDE- BLADE RIM OF A TURBOMACHINE
BAGUE INTÉRIEURE D'UNE COURONNE D'AUBES DIRECTRICES D'UNE TURBOMACHINE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(30) |
Priorität: |
23.08.2016 DE 102016215807
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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28.02.2018 Patentblatt 2018/09 |
(73) |
Patentinhaber: MTU Aero Engines AG |
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80995 München (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Tomsik, Joseph
80799 München (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A1-102005 042 747
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US-A- 5 796 199
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[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
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.
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.
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.
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